KR101726134B1 - 용접성이 우수한 선재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, Ca: 0.0001~0.002%, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하로 존재하는 용접성이 우수한 선재에 관한 것이다.

Description

용접성이 우수한 선재 및 그 제조방법{WIRE ROD HAVING EXCELLENT WELDABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 용접성이 우수한 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 아머 케이블(Armor cable), 락트 코일(Locked coil) 등에 바람직하게 적용될 수 있는 용접성이 우수한 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
아머 케이블, 락트 코일 등은 원유를 수송하는 플레시블(Flexible) 파이프 등에 사용되는데, 이들의 용도는 FPSO(Floating Production Storage and Outfitting) 또는 생산 플랫폼(Production Platform) 등 부유 건물에서 해저까지 연결된 송유관을 지지하기 위함이다.
일반적으로 아머 케이블에 사용되는 강종은 탄소 함량이 0.3~0.7 % 포함된 피아노강인데, JIS(일본공업규격, Japanese Industrial Standards) 규격강으로 Si 함량이 0.2~0.3 %, Mn 함량이 0.6 ~ 0.9 % 포함된 SWRS32B~72B가 대표적이다. 선재 직경은 10~20 mm로 용도에 따라 그 직경에 차이가 있는데, 가공사에서의 공정은 열처리 -> 건식 신선 -> 압연 -> 연선으로 동일하다.
가공선에서 요구 강도는 제품별로 차이가 있지만, 1100 ~ 1600 MPa 범위의 인장강도를 가지며 강도가 높을수록 사용 환경이 근해에서 심해로 이동한다고 할 수 있으며, 이는 심해로 갈수록 길이가 긴 로프가 필요하기 때문이다. 강도를 증가시키는 방법으로는 Cr, Si 등을 증가시키지 않고, 효과적인 C만을 증가시켜 제품을 가공하는 방법이 적용되고 있다.
아머 케이블 등에 사용되는 강종은 재질 청정성 보장 등을 요하지 않기 때문에 제철소에서 생산하는데 큰 제약을 두지는 않는다. 그러나, 탄소 함량이 높고, Al-Si killed강으로 제조하기 때문에 턴디쉬 노즐 막힘 등을 피할 수 없고, 이를 위하여 용강을 RH(Ruhrstahl Heraeus)법으로 진공 탈가스 처리 후, 용강 1톤당 1 kg이하의 Ca-Si wire를 첨가한다. 따라서, Ca은 용강 내 존재하게 되고, 산소와 친화력이 Al, Si, Mg 등에 비해 월등히 크기 때문에 Al-Si-Mg-Ca-O 등 저융점 복합 개재물이 인위적으로 형성된다. 이러한 저용점 Ca 복합 개재물은 다른 개재물 보다 빠르게 형성되기 때문에 다른 개재물 형성을 위한 핵생성 자리로 존재하기 쉽고, Ca 미첨가 시에 비해 그리고 그 함량이 증가할 시 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 조대한 개재물이 형성될 가능성이 높다. 이러한 개재물은 신선 및 압연시에도 영향을 미치지만, 동일 가공선 용접 후 인장 하중 인가 시 용접부 파단을 유발시켜 제품 요구 물성이 충족되지 못하게 한다.
따라서, 용강 내 Ca이 불가피하게 첨가되어 주조된 아머케이블, 락트 코일 등에 사용되는 선재를 이용하여 제조된 최종 가공선의 용접성을 향상시키기 위하여 Ca 복합 개재물을 제어하기 위한 방법 및 허용 수준에 대한 연구개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 측면은 용접성이 우수한 선재 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, Ca: 0.0001~0.002%, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하로 존재하는 용접성이 우수한 선재에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 용강을 진공 탈가스 처리 후, 용강 톤당 Ca-Si 와이어(wire)를 1kg 이하로 첨가하고 턴디쉬로 장입 전까지의 체류시간을 20분 이상으로 하여 중량%로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, Ca: 0.0001~0.002%, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 준비하는 단계;
상기 용강으로 강편을 제조하고 압연하여 빌렛을 얻는 단계; 및
상기 빌렛을 가열하고 압연하여 선재를 얻는 단계;를 포함하는 용접성이 우수한 선재의 제조방법에 관한 것이다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
본 발명에 의하면, 선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하로 존재하는 선재를 제공함으로써, 이를 신선 및 압연하여 제조된 가공선 간 용접시 용접부 파단 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선재의 Ca 복합 개재물 수에 따라 용접 불량을 예측할 수 있어 제조 원가 절감 효과가 있다.
도 1은 비교예 1의 700 ㎛2 를 초과하는 조대한 개재물을 보여준다.
도 2는 비교예 1의 인장 하중 인가시 발생한 용접부의 균열을 촬영한 사진이다.
도 3은 비교예 1과 발명예 1의 최종 파단 후의 길이방향(1/2t) 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명자들은 현재 아머 케이블로 사용되는 대표적인 JIS 규격강(중량 %로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, P 및 S: 각각 0.01% 이하)의 경우, 2차 정련시 턴디쉬 노즐 막힘을 방지하기 위하여 일정 Ca를 투입하는 것이 필수적이기 때문에, Ca 미첨가 시에 비해 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 조대한 Ca 복합 개재물이 형성될 가능성이 높고, 이러한 개재물은 신선 및 압연시에도 영향을 미치지만, 가공선 용접 후 인장 하중 인가 시 용접부 파단을 유발시키는 문제점이 있음을 인지하고, 이를 해결하기 위하여 깊이 연구하였다.
그 결과, 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물의 수를 제어함으로써 용접성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 용접성이 우수한 선재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 용접성이 우수한 선재는 중량%로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, Ca: 0.0001~0.002%, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하로 존재한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 용접성이 우수한 선재의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하, 각 원소 함량의 단위는 중량%이다.
C(탄소): 0.32~0.72%
C는 소재 강도를 확보하기 위해 첨가되는 원소이며, 펄라이트 조직에서 경한 세멘타이트 상을 형성시켜 강도를 크게 증가시키는 효과적인 원소이다. 일반적으로 C 함량 0.1% 증가시 인장강도가 100 MPa 정도 증가하는 것으로 알려져 있다.
C 함량이 0.32% 미만인 경우에는 고강도를 확보하기 어려우며, C 함량이 0.72% 초과인 경우에는 초석 세멘타이트 형성에 따른 수소 저항성이 열위해지는 문제점이 있다.
Si(실리콘): 0.2~0.3%
Si은 페라이트 내 고용이 쉽고 탄화물에 형성을 억제시키는 역할을 하며, Si 첨가 시 강도가 증가되는 효과가 있다. 일반적으로 Si 함량이 0.1% 증가시 인장강도가 14~16 MPa 수준 증가되는 것으로 알려져 있다.
Si 함량이 0.2% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하며, Si 함량이 0.3% 초과인 경우에는 강도 증가 효과가 크지 않기 때문에 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
Mn(망간): 0.6~0.9%
Mn은 오스테나이트 안정화 원소이며, 펄라이트 변태 시 성장을 지연시키고, 강도 증가에도 효과가 있는 원소로 알려져 있다.
Mn 함량이 0.6% 미만인 경우에는 소입성 확보가 어렵고, Mn 함량이 0.9% 초과인 경우에는 중심 편석을 야기할 수 있기 때문에 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
Ca(칼슘): 0.0001~0.002%
Ca는 기화가 쉬운 원소이지만, 탄소강 및 Al-Si killed강에서 턴디쉬 노즐 막힘을 억제하는데 그 효과가 탁월하기 때문에 용강 내 투입되며, 기계적 특성 향상 목적으로 사용되지는 않는다. 투입 장소로는 경우에 따라 차이가 있지만, 래들 RH법에 의한 진공 탈가스 처리 후 Ca-Si 와이어(wire)로, 용강 톤당 1 kg 이하로 투입된다.
Ca 함량이 0.0001% 미만인 경우에는 턴디쉬 노즐이 막히는 문제점이 발생할 수 있으며, Ca 함량이 0.002% 초과인 경우에는 Ca 복합 개재물 형성 및 제조 단가 상승이 발생하는 문제점이 있다.
P: 0.010% 이하
P는 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하는 관점에서 0.010% 이하로 하는 것이 바람직하다.
S: 0.010% 이하
S도 P와 마찬가지로 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하는 관점에서 0.010% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명에 따른 용접성이 우수한 선재는 선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하로 존재한다.
700 ㎛2 미만의 면적을 갖는 미세한 개재물은 용접시 bond line을 따라 강외로 배출되고, 용접 시 녹는다하더라도 그 양이 작기 때문에 용접성에 큰 영향이 없으므로 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca계 복합 개재물로 한정하였다.
700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 초과인 경우에는 선재를 신선 및 압연하여 제조된 가공선을 전기 저항 용접으로 맞대기 용접하였을 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이 인장 하중 인가시 용접부에 균열을 형성시키고, 이러한 균열에 의해 파단이 발생될 수 있다.
한편, 선재 중심으로부터 1/4*D까지의 영역이란 선재 중심을 중심점으로 반지름이 1/4*D인 원의 내부 영역을 의미한다. 선재 중심으로부터 1/4*D까지의 영역으로 한정한 이유는 이 영역에서 Ca 복합 개재물의 군집이 가장 활발하기 때문이다.
이때, 상기 Ca 복합 개재물은 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, Al2O3-CaS, AlCaMgO, AlCaSiO, AlCaMgO 및 AlCaMgSiO 중 1 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 선재의 미세조직은 페라이트 70면적% 이상, 나머지 초석 페라이트를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 용접성이 우수한 선재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 용접성이 우수한 선재의 제조방법은 용강을 진공 탈가스 처리 후, 용강 톤당 Ca-Si 와이어(wire)를 1kg 이하로 첨가하고 턴디쉬로 장입 전까지의 체류시간을 20분 이상으로 하여 중량%로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, Ca: 0.0001~0.002%, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 준비하는 단계; 상기 용강으로 강편을 제조하고 압연하여 빌렛을 얻는 단계; 및 상기 빌렛을 가열하고 압연하여 선재를 얻는 단계;를 포함한다.
상기 Ca-Si 와이어(wire)를 첨가하는 것은 턴디쉬 노즐 막힘을 방지하기 위함이다. Ca는 휘발성이 강한 원소로 Ca-Si 와이어(wire)를 용강 톤당 1kg 초과하여 첨가하더라도 강 중에 남는 Ca 함량은 20ppm 정도에서 포화되기 때문에 생산비용을 고려하여 그 상한을 1kg으로 하였다.
반면에 그 하한은 특별히 한정할 필요는 없으나, Ca 함량이 0.0001 중량% 미만인 경우에는 턴디쉬 노즐 막힘이 발생할 수 있으므로 Ca-Si 와이어 첨가 후 용강의 Ca 함량이 0.0001 중량% 이상이 되도록 Ca-Si 와이어를 첨가할 수 있다.
상기 체류시간이 20분 미만인 경우에는 개재물 부상 분리 시간이 충분하지 않아 선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 초과로 존재할 수 있다.
이때, 상기 Ca 함량이 0.001~0.002 중량%인 경우에는 상기 체류시간을 25분 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ca 함량이 0.0001중량% 이상 0.001중량% 미만인 경우에는 20분 이상 25분 미만의 체류시간으로도 개재물 부상 분리 시간이 충분하나, Ca 함량이 0.001 중량% 이상인 경우에는 25분 미만의 체류시간으로는 개재물 부상 분리 시간이 불충분할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 체류시간이 길수록 개재물 부상 분리에 효과적이므로 체류시간의 상한은 특별히 한정할 필요는 없으나, 40분 이상인 경우에는 생산성이 저하될 수 있기 때문에 그 이하로 유지할 수 있다.
용강으로 강편을 제조하고 압연하여 빌렛을 얻는 단계; 및 상기 빌렛을 가열하고 압연하여 선재를 얻는 단계;는 통상적인 조건으로 행하면 되므로 특별히 그 조건을 한정하지 않는다.
예를 들어, 400(mm)×500(mm) 연주 블룸(bloom)을 강편 가열로에서 1150~1250℃로 가열하여 300~400분 동안 유지한 후, 강편 압연하여 160(mm)×160(mm) 빌렛(billet)을 제조한다. 상기 빌렛을 선재 가열로에서 1000~1100℃로 가열하여 90~120분 동안 유지한 후, 950℃ 이상의 온도에서 선재 압연하여 선재를 얻을 수 있다.
강편 가열로 및 선재 가열로에서의 가열 온도 하한 미만에서는 충분한 오스테나이트화가 어려운 문제점이 있으며, 상한 초과에서는 오스테나이트의 결정립도가 조대해질 수 있고, 열간 스케일 증가에 따른 스케일 loss로 생산성이 감소될 수 있는 문제가 있기 때문이다. 이러한 경향은 각 유지시간의 하한 및 상한에도 유사하게 적용될 수 있다.
상술한 제조방법에 의해 제조된 선재는 선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하이므로, 상기 선재를 신선사에서 통상적인 조건으로 신선 및 압연을 행하여 가공선으로 제조한 후, 가공선 간 용접하여 얻은 최종제품은 인장 하중 인가 시 용접부가 아닌 용접 열영향부에서 먼저 파단이 발생하여 용접성이 우수하다.
상기 신선, 압연 및 용접 조건은 통상적인 조건으로 행하면 되므로 특별히 한정하지 않는다.
예를 들어, 신선 조건으로는 16 mm 선재를 이용하여 2 m/s 이하의 신선속도로 60% 건신 신선한 후, 두께 5mm로 압연하여 가공선을 제조할 수 있다. 또한, 용접은 전기저항 용접법으로 가공선 간 맞대기 용접하고, 용접 조건은 전류 밀도 50~150 A/mm2, 가열력 300~500 kg/cm2일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 현재 아머 케이블로 대표적으로 사용중인 JIS-SWRS35B 탄소강을 이용하였다. 다만, P 및 S는 불순물로서, 발명예 및 비교예 모두 P: 0.010 중량% 이하, S: 0.010 중량% 이하를 만족하여 별도로 표 1에 표시하지 않았다.
상기 강종은 300 톤 출강한 후 통상적인 조건에서 2차 정련되었으며, 래들에서 염기도 3~5 수준에서 강 버블링하여 탈류하였다. 탈류 후 RH법으로 진공 탈가스 처리하였으며, 턴디쉬 노즐 막힘을 방지하기 위하여 Ca-Si 와이어를 투입하여 하기 표 1에 기재된 Ca 함량을 갖도록 제어하였다.
Ca-Si 와이어 투입 후 하기 표 1에 기재된 RH 체류시간 동안 체류시킨 후, 연주된 블룸을 160(mm)×160(mm) 강편 압연하여 빌렛을 제조하였으며, 상기 빌렛을 1050℃로 가열하여 100분 동안 유지한 후, 1000℃에서 압연하여 16 mm 선재를 제조하였다.
상기 제조된 선재의 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에서 시험편을 채취하여 개재물을 전해추출하여 분석하는 방법인 ESAA(electrolysis in AA solution under ultrasonic wave) 분석법을 이용하여 분석하였으며, Al-Ca-Mg-O, 또는 Al-Ca-Si-O, 또는, Al-Ca-Mg-O, Al-Ca-Mg-Si-O 계 등 상관없이 Ca이 포함된 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 복합개재물을 면적에 따라 구분하여 하기 표 1에 기재하였다. 미세한 개재물은 용접성에 영향을 주지 않기 때문에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca계 복합 개재물의 수를 측정하였다.
상기 제조된 선재를 10 mm까지 신선한 후 두께 5 mm로 압연하여 가공선을 제조하였으며, 용접성 평가를 위하여 전기 저항용접법을 이용하여 동종 가공선을 맞대기 용접하였다. 용접 조건은 전류 밀도 100 A/mm2, 가열력 400 kg/cm2 이었다.
용접성 평가는 용접부가 포함된 시험편 길이 500 mm에서 strain rate를 20 m/m으로 인가하여, 파단 발생시 파단 기점이 용접부인지 용접 열영향부인지로 판단하였으며 하기 표 2에 파단 기점을 기재하였다.
또한, 용접부, 열영향부 및 가공선(모재)의 경도를 하기 표 2에 기재하였다.
JIS-SWRS32B는 페라이트와 펄라이트로 이루어진 탄소강인데, 이를 신선 및 압연하면 연신된 페라이트와 펄라이트가 나타나고 이의 경도는 하기 표 2에 기재한 바와 같이 비커스 경도기로 측정시 302~310 Hv로 측정된다. 용접부의 경우 용융후 냉각되기 때문에 템퍼드 마르텐사이트로 조직이 나타나고, 이의 경도는 315~325 Hv로 모재보다 경하다. 용접 열영향부는 템퍼드 마르텐사이트, 페라이트 및 펄라이트의 혼합 조직이고, 경도가 278~290 Hv로 모재보다 낮기 때문에 용접이 양호할 경우 열영향부에서 균열이 발생하여 파괴되는 특성을 갖는 것이 일반적인 특징이다. 그러나, 만약 경한 용접부에서 Ca 복합 개재물 등이 존재할 경우에는 인장부여시 용접부에 균열이 형성되기 때문에 이에 의한 불량 파괴가 발생한다.
하기 표 2에 기재된 바와 같이 비교예 및 발명예는 용접부, 열영향부 및 모재 각각의 경도가 유사하여 각각의 미세조직이 유사한 것을 확인할 수 있으며, 이에 조직 차이에 따른 용접 불량은 제외하였다. 미세조직이 유사한 경우 Ca 복합개재물 수는 경도 등의 기계적 특성에는 큰 영향이 없기 때문이다. 단, 인장하중 부여시 균열 발생에 따라 연신율 측면에서 영향을 줄 수 있고, 경도 외 피로, HIC 특성에는 영향을 줄 수 있다.
구분 중량 (%) RH
체류 시간 (분)		 Ca 복합개재물 면적 조건 당 개수(개/g)
C Mn Si Ca 700~1900 ㎛2 1900~3800 ㎛2 3800 ㎛2
초과		 총갯수
비교예1 0.34 0.8 0.25 0.0003 15 152 64 10 226
발명예1 0.35 0.7 0.24 0.0002 20 116 52 2 170
발명예2 0.34 0.8 0.24 0.0003 25 121 41 0 162
발명예3 0.33 0.9 0.24 0.0004 30 113 29 0 142
발명예4 0.36 0.8 0.25 0.0003 40 95 15 0 110
비교예2 0.35 0.8 0.25 0.0011 15 194 73 15 282
비교예3 0.33 0.9 0.26 0.0010 20 181 68 7 256
발명예5 0.33 0.8 0.24 0.0012 25 142 42 3 187
발명예6 0.34 0.7 0.24 0.0010 30 105 29 1 135
발명예7 0.35 0.7 0.26 0.0011 40 76 18 0 94
비교예4 0.33 0.8 0.26 0.0018 15 179 83 18 280
비교예5 0.34 0.8 0.25 0.0019 20 166 78 10 254
발명예8 0.34 0.9 0.25 0.0020 25 127 52 6 185
발명예9 0.35 0.8 0.26 0.0017 30 90 39 4 133
발명예10 0.35 0.8 0.26 0.0018 40 61 28 3 92
구분 용접성 평가
용접부 경도(Hv) 열영향부 경도(Hv) 모재 경도(Hv) 파단 기점
비교예1 320 278 302 용접부
발명예1 318 282 302 열영향부
발명예2 325 285 310 열영향부
발명예3 315 284 308 열영향부
발명예4 320 286 305 열영향부
비교예2 319 288 304 용접부
비교예3 316 290 306 용접부
발명예5 322 284 302 열영향부
발명예6 315 285 300 열영향부
발명예7 318 289 308 열영향부
비교예4 320 284 302 용접부
비교예5 317 285 304 용접부
발명예8 322 286 305 열영향부
발명예9 318 290 308 열영향부
발명예10 325 288 304 열영향부
비교예 1 및 발명예 1~4는 Ca 함량이 0.001 중량% 미만인 경우로 RH 체류 시간 증가에 따른 Ca 복합 개재물 수의 변화를 알 수 있다.
비교예 1의 경우 RH 체류시간이 15분으로 도 1과 같이 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 226 개/g이었고, 인장 하중 인가시 용접부에서 파단이 발생하였다. 반면에, RH 체류 시간이 20 분 이상인 발명예 1~3은 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하였고, 인장 하중 인가시 열영향부(HAZ)에서 파단이 발생하였다.
도 2는 비교예 1의 인장 하중 인가시 발생한 용접부의 균열을 촬영한 사진이며, 도 3은 발명예 1과 비교예 1의 최종 파단 후의 길이방향(1/2t) 사진이다. 비교예 1은 인장 하중 인가시 발생한 용접부에 균열이 발생하였으며, 용접부에서 최종 파단이 발생하였다.
Ca 함량이 0.001 중량% 이상인 비교예2~5 및 발명예 5~10에서도 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하인지 여부에 따라 파단 기점이 용접부인지 용접 열영향부인지 결정되는 것을 확인할 수 있다.
또한, Ca 함량이 0.001 중량% 이상인 경우에는 RH 체류 시간을 25분 이상으로 하는 것이 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물을 200 개/g 이하인 선재를 확보하기에 유리한 것을 알 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 중량%로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, Ca: 0.0001~0.002%, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    선재 중심으로부터 1/4*D(D: mm단위로 측정한 선재 직경)까지의 영역에 700 ㎛2 이상의 면적을 갖는 Ca 복합 개재물이 200 개/g 이하로 존재하는 용접성이 우수한 선재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선재의 미세조직은 페라이트 70면적% 이상, 나머지 초석 페라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접성이 우수한 선재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Ca 복합 개재물은 Al2O3-CaS, AlCaMgO, AlCaSiO, AlCaMgO 및 AlCaMgSiO 중 1 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접성이 우수한 선재.
  4. 용강을 진공 탈가스 처리 후, 용강 톤당 Ca-Si 와이어(wire)를 1kg 이하로 첨가하고 턴디쉬로 장입 전까지의 체류시간을 20분 이상으로 하여,
    중량%로, C: 0.32~0.72%, Si: 0.2~0.3%, Mn: 0.6~0.9%, Ca: 0.0001~0.002%, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 준비하는 단계;
    상기 용강으로 강편을 제조하고 압연하여 빌렛을 얻는 단계; 및
    상기 빌렛을 가열하고 압연하여 선재를 얻는 단계;를 포함하는 용접성이 우수한 선재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 Ca 함량이 0.001~0.002 중량%인 경우에는 상기 체류시간이 25분 이상인 것을 특징으로 하는 용접성이 우수한 선재의 제조방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 체류시간의 상한은 40분 이하인 것을 특징으로 하는 용접성이 우수한 선재의 제조방법.
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