KR102223119B1 - 극후 강판 제조방법 및 극후 강판용 주편 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극후 강판 제조방법 및 극후 강판용 주편에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 극후 강판 제조방법은, 중량%로, C: 0.02 내지 0.2%, Mn: 1.0 내지 3.0%, Si: 0.01 내지 0.8%, Cu: 0.010 내지 1.0%, Ni: 0.01 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.10%, V: 0.005 내지 0.3%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.005 내지 0.1%, Al: 0.005 내지 0.2%, P: 0.02% 이하, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 소재를 준비하는 단계; 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계; 및 주편을 압하율 10 % 이상의 패스수가 3회 이상으로 조압연하는 단계;를 포함하며, 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계;는, 강 소재의 응고 중에 압하속도 1.5 내지 4.5 mm/min으로 제1 압연하는 단계; 및 강 소재의 응고 후에 압하속도 2 내지 4.5 mm/min으로 제2 압연하는 단계를 포함한다.

Description

극후 강판 제조방법 및 극후 강판용 주편 {MANUFACTURING METHOD FOR VERY THICK STEEL PLATE AND CASTING SLAB FOR VERY THICK STEEL PLATE}
본 발명은 극후 강판 제조방법 및 극후 강판용 주편에 관한 것이다. 보다 구체적으로 중심부 물성이 우수한 고강도 고인성 극후 강판 제조방법 및 극후 강판용 주편에 관한 것이다.
일반적으로 강판은 연속 주조 방법으로 만들어진 주편을 압연하여 만들어진다. 주편 제조 시 주편의 두께 중심부에는 용강의 응고 수축에 의해 빈 공간이 발생하고, 이 빈 공간으로 용질 농축 잔류용 강이 유입되어 편석이 발생하게 된다. 주편 두께 중심부에 편석이 남아있게 되면, 용강 중에 녹아 있던 수소가 편석 부위에 집적하게 되어 강판에 균열을 야기한다. 또한 수소가 집적되지 않더라도 편석립이 집중된 주편의 두께 중심부는 경도가 높아 압연 중에 쉽게 균열이 발생된다.
근래 산업/건설 기계용 강재, 건축/해양 구조물이나 각종 압력 용기용 강재에 대해서도 설비의 대형화 등에 따라 100mm 이상의 극후강판을 사용하는 기회가 증가하였다. 또한 금형이나 기계부품용 고탄소강에서도 제품의 원가를 줄이기 위해 단조재가 아닌 압연재를 사용하려는 추세이다. 이러한 극후강판 제조 시 이용되는 주편의 두께 중심부에 중심편석 및 응고 수축공이 남아있게 되면 현재 일반적으로 사용하고 있는 압연기로는 문제를 해결하는 것은 곤란하다. 따라서 극후강판의 초음파 탐상시험을 행하는 경우 결함으로 검출되는 경우가 많다. 이를 해소하기 위해 여러 가지의 방법이 제안되어 있다.
예를 들면 종래 기술 중 하나는, 응고 고상율이 85~99%에서 1 내지 25mm로 면압하를 하여 주편두께 중심부 편석을 없애는 것을 제안하고 있다. 또 다른 종래 기술은, 중심부 고상율 0.6 이상 영역에서 미응고두께의 1.1 내지 2배의 면압하를 실시하여 극후강판을 생산하는 방법을 제안하였다. 하지만 이렇게 하기 위해서는 연주기에 대규모 압하 설비를 설치해야만 하고, 응고말기에 압하를 실시해야 하기 때문에 편석립을 충분히 제거할 수 없게 된다. 또한 또 다른 종래 기술에서 주조 중에 주편 두께를 20 내지 100mm로 인위적으로 두껍게 하고 응고 완료 전 한 쌍의 압하롤을 이용하여 주편을 압하하여 중심편석을 저감하는 기술을 제안하였다. 하지만 주편 두께를 20 내지 100mm로 인위적으로 두껍게 하기 위한 벌징기술은 주편 내부 크랙의 발생으로 인해 중심부 물성에 문제를 일으킬 수 있다. 또 다른 종래 기술의 경우 세그먼트를 이용하여 압하구배 5 내지 20mm/m로 주편을 압하하여 주편 중심부에 부편석을 만드는 기술을 제안하였다. 하지만 압연조건에 따른 제품 품질이 명시되어 있지 않다.
본 발명은 극후 강판 제조방법 및 극후 강판용 주편을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 중심부 물성이 우수한 고강도 고인성 극후 강판 제조방법 및 극후 강판용 주편을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 극후 강판 제조방법은, 중량%로, C: 0.02 내지 0.2%, Mn: 1.0 내지 3.0%, Si: 0.01 내지 0.8%, Cu: 0.010 내지 1.0%, Ni: 0.01 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.10%, V: 0.005 내지 0.3%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.005 내지 0.1%, Al: 0.005 내지 0.2%, P: 0.02% 이하, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 소재를 준비하는 단계; 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계; 및 주편을 압하율 10 % 이상의 패스수가 3회 이상으로 조압연하는 단계;를 포함하며, 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계;는, 강 소재의 응고 중에 압하속도 1.5 내지 4.5 mm/min로 제1 압연하는 단계; 및 강 소재의 응고 후에 압하속도 2 내지 4.5 mm/min로 제2 압연하는 단계를 포함한다.
강 소재를 준비하는 단계;에서, 강 소재는 B: 5 내지 40ppm, N: 15 내지 150ppm, Ca: 60ppm 이하 및 S: 100ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계;에서, 주조 속도는 0.6 내지 1.8m/min일 수 있다.
강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계;에서, 주편에 냉각수를 공급하되, 주편의 폭(w) 방향을 기준으로, 중앙부(a 내지 b 구간)에서의 냉각수 물량에 대한 테두리부(0 내지 a 구간 및 b 내지 w 구간)에서의 냉각수 물량의 비가 1.2 이상이고, a는 w/4±w/8 이고, b는 3w/4±w/8 일 수 있다.
강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계; 이후, 주편을 1050 내지 1250℃로 가열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
주편을 조압연하는 단계;에서, 조압연 온도는 Tnr 내지 1120 ℃일 수 있다.
주편을 조압연하는 단계; 이후, 조압연된 주편을 Ar3+30 내지 Tnr ℃로 사상압연하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
조압연된 주편을 사상압연하는 단계; 이후, 사상압연된 주편을 냉각하는 단계를 더 포함하고, 사상압연된 주편을 냉각하는 단계;는, 5℃/s 이상의 냉각 속도로 390℃ 이상의 온도에서 냉각 종료하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 극후 강판용 주편은, 중량%로, C: 0.02 내지 0.2%, Mn: 1.0 내지 3.0%, Si: 0.01 내지 0.8%, Cu: 0.010 내지 1.0%, Ni: 0.01 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.10%, V: 0.005 내지 0.3%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.005 내지 0.1%, Al: 0.005 내지 0.2%, P: 0.02% 이하, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 극후 강판용 주편이되, 주편의 두께(t) 방향을 기준으로 t/2 지점에서의 면적당 중심 편석 및 기공의 면적이 0.031 내지 0.087%이다.
주편은, B: 5 내지 40ppm, N: 15 내지 150ppm, Ca: 60ppm 이하 및 S: 100ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 극후 강판은, 주편 두께 중심부의 기공이나 편석을 최소화하여 극후용 구조용 재료로써, 중심부 물성이 우수하다. 또한, 고강도 특성을 가지면서 충격인성이 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 극후 강판은, 강판의 중심부인 1/2t 위치의 충격흡수에너지가 높고, 충격인성 값도 높아, 제품을 초음파 탐상에 의한 결함 없이 고강도, 고인성 구조용 강판이다.
도 1은 연속주조기의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 주편의 제조방법으로서, 응고 후 압하 롤의 갭 모식도이다.
도 3은 주편의 응고 지연부의 단면을 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 극후 강판의 최종 미세조직을 보여주는 사진이다.
본 명세서에서, 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001 중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
일반적으로, 주편은 주형에 수용된 용강이 냉각대를 거쳐 냉각되면서 제조된다. 이를 도 1에 도시하였다. 연속 주조되는 주편(10)은 적어도 하나의 세그먼트(20)를 거치면서 냉각되어 차후의 공정으로 진행된다.
주편이 후판 강재로 압연될 때 주편의 결함이 압연 후에도 잔류하여 불량을 유발하는 경우가 발생한다. 이러한 결함의 예로서 중심 편석과 기공이 있다.
중심 편석은 주편이 연속 주조될 시 응고 도중 농화된 용질 액상의 유동에 의해서 발생하는데, 이러한 유동의 가장 큰 원인으로 응고 완료점 부근에서의 응고 수축에 의한 잔류 용강 유동이며, 잔류 용걍 유동에 가장 큰 영향을 받게 된다. 즉, 연속 주조 공정의 응고 완료점 부근에서의 응고 수축부에 용질 농축 잔류 용강이 모이게 되면 이것이 중심 편석이 되며, 응고 수축부가 채워지지 않고 그대로 공간으로 남으면 중심 기공(center porosity)이 된다.
극후물 제품 생산 시 주편 두께 중심부에 중심 편석 및 기공이 남아 있는 경우, 압연 후에도 편석 및 기공은 제품의 두께 중심부에 존재하게 되며, 제품 두께가 두꺼운 극후 판재의 경우 제품 물성을 확보하는데 치명적일 수 밖에 없다. 따라서 제품 모재보다 경도가 높은 중심 편석, 빈 공간인 기공은 제품 크랙으로 성장하여 초음파 탐상의 시험에서 결함으로 검출되게 된다.
따라서, 이러한 연주 공정 중에 발생한 중심 편석 및 기공을 최소화하여 초음파 탐상에서 결함이 없고, 낮은 온도에서 중심부 위치의 충격 흡수 에너지가 높으며, 충격인성이 우수한 두꺼운 제품을 확보하는, 고강도 고인성 극후 강판을 제공하고자 한다.
우선, 충격 인성이 우수한 극후 강판을 제조하기 위하여는 내부품질이 건전한 주편을 확보하는 기술이 가장 중요하다. 이를 기초로, 응고 후 주편에 남아있는 기공을 완전 압착하여 기공에 의한 제품 물성 악영향을 미리 방지하는 극후 강재 및 그 제조방법을 살펴보도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 극후 강판용 주편은, 중량%로, C: 0.02 내지 0.2%, Mn: 1.0 내지 3.0%, Si: 0.01 내지 0.8%, Cu: 0.010 내지 1.0%, Ni: 0.01 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.10%, V: 0.005 내지 0.3%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.005 내지 0.1%, Al: 0.005 내지 0.2%, P: 0.02% 이하, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 주편의 두께(t) 방향을 기준으로 t/2 지점에서의 면적당 중심 편석 및 기공의 면적이 0.031 내지 0.087%이다.
또한, B: 5 내지 40ppm, N: 15 내지 150ppm, Ca: 60ppm 이하 및 S: 100ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 극후 강판의 제조방법에서의 준비하는 강 소재는, 중량%로, C: 0.02 내지 0.2%, Mn: 1.0 내지 3.0%, Si: 0.01 내지 0.8%, Cu: 0.010 내지 1.0%, Ni: 0.01 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.10%, V: 0.005 내지 0.3%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.005 내지 0.1%, Al: 0.005 내지 0.2%, P: 0.02% 이하, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함한다.
또한, 강 소재는 B: 5 내지 40ppm, N: 15 내지 150ppm, Ca: 60ppm 이하 및 S: 100ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
먼저, 주편 및 강 소재의 성분을 한정한 이유를 설명한다.
[탄소(C): 0.02 내지 0.2 중량%]
C는 경질상인 베이나이트 형성시키고, 형성되는 베이나이트의 크기 및 분율을 결정하는 중요한 원소이므로 적절한 범위 내로 포함된다. 그러나, C의 함량이 너무 많게 되면 인성을 저하시키며, 반대로 너무 적게되면 베이나이트의 형성을 방해하여 강도의 하락을 초래할 수 있다. 한편, 보다 구체적으로, 선박 구조용 강재로 사용되는 판재의 경우에는 더 나은 용접성을 위해 C의 함량을 0.06 내지 0.16중량%로 할 수 있다.
[망간(Mn): 1.0 내지 3.0 중량%]
Mn은 고용강화에 의해 강도를 향상시키는 유용한 원소이므로 1.0중량% 이상 첨가될 필요가 있다. 그러나, 너무 많이 첨가되는 경우는 과도한 경화능의 증가로 인해 용접부의 인성이 크게 저하될 수 있다. 보다 구체적으로 1.2 내지 3.0 중량%일 수 있다.
[실리콘(Si): 0.01 내지 0.8 중량%]
Si는 탈산제로 사용되며, 강도향상 및 인성향상에 도움이 된다. 하지만, 너무 많이 첨가되면 저온인성 및 용접성이 동시에 저하될 수 있다. 반면, 너무 적게 첨가되면 탈산 효과가 불충분할 수 있다 보다 구체적으로 0.1 내지 0.4중량%일 수 있다.
[인(P): 0.02 중량% 이하]
P는 강도향상 및 내식성에 유리한 원소이지만, 충격인성을 크게 저해할 수 있으므로 가능한 낮게 유지하는 것이 유리하다.
[황(S): 0.01 중량% 이하]
S는 MnS 등을 형성하여 충격인성을 크게 저해하는 원소이므로 가능한 낮게 유지하는 것이 유리하다.
[알루미늄(Al): 0.005 내지 0.2 중량%]
Al은 용강을 저렴하게 탈산할 수 있는 원소로서, 충분한 효과를 나타내기 위하여는 0.005중량% 이상 포함될 수 있다. 그러나, 너무 많이 첨가되는 경우에는 연속 주조시 노즐 막힘이 발생할 수 있다.
[니켈(Ni): 0.01 내지 2.0 중량%]
Ni는 모재의 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있는 거의 유일한 원소이며, 그 효과가 나타나기 위해서는 0.01% 이상이 함유될 수 있다. 하지만, Ni는 매우 고가의 원소이므로 너무 많이 첨가할 경우 경제성이 현저히 저하되며, 용접성도 떨어지게 된다.
[구리(Cu): 0.01 내지 1.0 중량%]
Cu는 모재의 인성 저하를 최소화시키면서 동시에 강도를 높일 수 있는 원소이므로, 그 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.01중량% 이상을 첨가할 수 있으나, Cu의 과도한 첨가는 제품 표면 품질을 크게 저해할 수 있다.
[니오븀(Nb): 0.005 내지 0.1 중량%]
Nb는 TMCP 강의 제조에 있어서 가장 중요한 원소이고, NbC 또는 Nb(C,N)의 형태로 석출하여 모재 및 용접부의 강도를 크게 향상시킨다. 또한, 고온으로 재가열시에 고용된 Nb는 오스테나이트의 재결정 및 페라이트 또는 베이나이트의 변태를 억제하여 조직이 미세화되는 효과를 나타낸다. 나아가 본 발명에서는 최종 압연 후의 냉각시에도 오스테나이트의 안정성을 높여 낮은 속도의 냉각에서도 베이나이트와 같은 경질상 생성을 촉진시켜주는 역할도 한다. 따라서, Nb는 0.005중량% 이상 첨가될 수 있으나, 너무 과다하게 투입될 경우에는 강재의 모서리에 취성 크랙이 나타날 수 있다.
[티타늄(Ti): 0.005 내지 0.1 중량%]
Ti는 재가열시 결정립의 성장을 억제하여 저온인성을 크게 향상시켜주는 바, 0.005중량% 이상이 첨가할 수 있으나, 너무 과도한 첨가는 연주 노즐의 막힘이나 중심부 정출에 의한 저온인성 감소와 같은 문제점을 발생시킬 수 있다.
[질소(N): 15 내지 150 중량ppm]
N은 강도를 증가시키는 반면 인성을 크게 감소시키기 때문에 150중량ppm 이하 첨가될 수 있다. 다만, 너무 적은 N함량 제어는 제강부하를 증가시킬 수 있다.
[칼슘(Ca): 60 중량ppm 이하]
Ca는 주로 MnS의 비금속개재물을 억제하고, 저온인성을 향상시키는 원소로 사용된다. 그러나 과도한 Ca첨가는 강중에 함유된 산소와 반응하여 비금속개재물인 CaO를 생성할 수 있다.
상기 성분 이외에 본 발명은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 성분 이외에 유효한 성분의 첨가를 배제하는 것은 아니다. 다만, 통상의 철강제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
이하, 본 발명의 극후 강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 극후 강판의 제조방법은 주편 제조 - 슬라브 가열 - 조압연 - 사상압연 - 냉각의 과정으로 이루어져 있을 수 있다.
즉, 상기 언급한 성분의 강 소재를 준비하는 단계; 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계; 및 주편을 압하율 10% 이상의 패스수가 3회 이상으로 조압연하는 단계;를 포함하고, 강 소재의 주편을 제조하는 단계;는, 강 소재의 응고 중에 압하속도 1.5 내지 4.5 mm/min으로 제1 압연하는 단계; 및 강 소재의 응고 후에 압하속도 2 내지 4.5 mm/min으로 제2 압연하는 단계를 포함한다.
또한, 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계; 이후, 주편을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 주편을 조압연하는 단계 이후, 조압연된 주편을 사상압연하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 조압연된 주편을 사상압연하는 단계; 이후, 사상압연된 주편을 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
각 과정별 상세한 조건은 아래와 같다.
[주편 제조]
먼저, 전술한 조성을 만족하는 강 소재를 준비하고, 그 강 소재를 주조하여 주편을 제조한다.
이때, 주편은 200 mm 이상의 두께일 수 있다. 보다 구체적으로 300 mm 이상의 두께일 수 있다.
이때, 강 소재의 응고 중에 압하속도 1.5 내지 4.5 mm/min으로 제1 압연하는 단계 및 강 소재의 응고 후에 압하속도 2 내지 4.5 mm/min으로 제2 압연하는 단계를 포함한다. 즉, 주편 제조 시 도 1과 같이 세그먼트(20)를 이용하여 도 2와 같이 주편이 응고 완료되기 전에 압하속도 1.5 내지 4.5 mm/min으로 압하하고, 응고 완료된 후에 세그먼트 장치를 이용하여 2 내지 4.5 mm/min으로 압하하여 중심 편석과 기공을 최소화한 슬라브를 제조한다.
여기서, 압하속도는 하기의 식 1과 같이, 압하량, 주조속도, 세그먼트의 길이로 계산될 수 있다.
[식 1]
압하속도(mm/min) = 압하량(mm) x 주조속도 (m/min) / 세그먼트 길이 (m)
제1 압연하는 단계에서의 응고 완료 전 압하속도가 너무 작아 압하량이 너무 적으면 중심 편석 및 기공을 제거하기 어렵고, 제2 압연하는 단계에서의 응고 완료 후 압하속도가 너무 커 압하량이 너무 많으면 압연 생산성 저하 및 세그먼트 설비 부하를 고려하여 설비 대형화 혹은 세그먼트 type 변경 등 많은 설비 개조 비용이 필요하게 된다.
보다 구체적으로, 제1 압연 단계의 속도는 1.5 내지 3.5 mm/min일 수 있다. 또한, 보다 구체적으로 제2 압연 단계의 속도는 2.5 내지 4 mm/min일 수 있다.
한편, 주조 속도는 0.6 내지 1.8 m/min일 수 있다. 주편 생산성 및 중심 편석 최소화 등을 고려하였을 때 상기의 속도가 적정하다. 주조 속도가 너무 느리면 연주 생산성이 저하되고, 반대로 너무 빠르면 롤 사이의 벌징 등에 의해 주상정 사이에 내부 크랙이 쉽게 발생하게 된다. 보다 구체적으로 주조 속도는 0.6 내지 1.0 m/min일 수 있다.
한편, 주편에 냉각수를 공급하되, 주편의 폭(w) 방향을 기준으로, 중앙부(a 내지 b 구간)에서의 냉각수 물량에 대한 테두리부(0 내지 a 구간 및 b 내지 w 구간)에서의 냉각수 물량의 비가 1.2 이상이고, a는 w/4±w/8 이고, b는 3w/4±w/8 일 수 있다.
일반적으로 주편을 응고하는 데에 있어, 도 3과 같이 폭방향으로 균일하게 응고가 이루어지지 않게 되는데, 이렇게 불균일한 응고가 일어날 때 주편을 압하하게 되면 응고 지연부에는 용질 농축 용강이 모이게 되어 주편 폭방향으로 불균일 응고로 인해 제품의 재질 편차가 발생하거나, 초음파 탐상 시 불량이 발생할 수 있기 때문에, 폭방향 불균일 응고 지연부를 저감하기 위해 주편 중앙부 대비 가장 자리부의 냉각수 물량을 더 많게 할 수 있다.
여기서, 주편 중앙부는 주편의 폭(w) 방향을 기준으로 중앙부는 w/4±w/8 내지 3w/4±w/8 구간, 테두리부는 0 내지 w/4±w/8 및 3w/4±w/8 내지 w 구간으로 정의할 수 있다.
중앙부의 냉각수 물량 대비 테두리부의 냉각수 물량은 보다 구체적으로 1.3 이상일 수 있고, 더욱 구체적으로 1.5 이상일 수 있다.
[주편 가열]
다음으로, 제조된 주편을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 가열 온도는 1050 내지 1250℃일 수 있다. 주조 중에 형성된 Ti 및 Nb 중 어느 하나 이상의 탄질화물을 고용시키기 위함이다. 즉, Ti 및 Nb 중 어느 하나 이상의 탄질화물을 충분히 고용시키기 위해서는 1050℃ 이상으로 가열하는 것이 좋을 수 있다. 다만, 너무 높은 온도로 가열할 경우에는 오스테나이트가 조대화될 우려가 있다. 보다 구체적으로 가열은 재가열일 수 있다.
[조압연]
다음으로, 가열된 주편을 조압연한다. 조압연을 하는 이유는 그 형상을 조정하기 위함이다.
이때, 가열된 주편의 추출 온도는 1050 내지 1120 ℃ 사이에서 유지될 수 있다. 특히, 고합금 첨가시에는 1050 내지 1080℃ 사이에서 유지하면 후속 압연시 제품 표면 크랙 발생을 저감할 수 있는 장점이 있으며, 저온 추출에 의한 충격 인성 향상을 동시에 꾀할 수 있다.
한편, 조압연 온도는 Tnr 내지 1120 ℃일 수 있다. Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정이 멈추는 온도이다. 압연에 의해 주조 중에 형성된 주상정 조직의 파괴 및 기공의 압착, 그리고 오스테나이트의 크기를 작게하는 효과를 얻을 수 있을 것이다.
한편, 압하율 10 % 이상의 패스수가 3회 이상이다. 즉, 극후물재의 중심부 충격 인성을 향상시키기 위해서는 조압연 패스당 10% 이상의 강압하를 최소 3회 이상 압연함으로써 중심부까지 압하력을 전달하여 중심부의 기공이나 편석을 최소화하여 초음파 탐상에서 결함이 검출되지 않을 뿐만 아니라, -40℃에서 t/2 위치의 충격흡수에너지가 100J 이상인 충격인성이 우수한 80t 초과 제품을 확보할 수 있다.
[사상압연]
다음으로, 조압연된 주편을 사상압연할 수 있다. 사상압연은 조압연된 주편의 오스테나이트 조직을 불균일 미세조직을 도입하기 위함이다.
이때, 사상압연 온도는 Ar3+30 내지 Tnr ℃일 수 있다. Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정이 멈추는 온도이고, Ar3 온도는 페라이트 변태 시작 온도이다. 이 경우, 충격 인성을 크게 하락시키는 초석 페라이트가 냉각 개시 전에 변태되는 것을 억제할 수 있다.
[압연 후 냉각]
다음으로, 사상압연된 주편을 냉각할 수 있다.
이때, 5℃/s 이상의 냉각 속도로 390℃ 이상의 온도에서 냉각 종료할 수 있다.
본 발명 강재의 미세조직은 도 4에 나타낸 바와 같이 초기 오스테나이트 결정립계로부터 형성되는 연질상인 페라이트가 면적 분율로 10 내지 50%, 보다 구체적으로는 15 내지 40 %이고, 나머지가 베이나이트일 수 있다.
상기 냉각 속도를 너무 낮게 하면, 연질상인 페라이트의 면적 분율이 50 % 이상이 되어 인장 강도가 570Mpa 미만이 될 가능성이 있다. 또한 냉각 종료 온도가 너무 낮으면, 페라이트 분율이 10 % 이하가 되어 저온에서 100J 이상의 충격 인성을 얻기 어려울 수 있다.
이하, 본 발명의 극후 강판용 주편에 대하여 설명한다.
[중심부 중심 편석 및 기공의 면적]
주편의 두께(t) 방향을 기준으로 t/2 지점에서의 면적당 중심 편석 및 기공의 면적이 0.031 내지 0.087%이다. 중심부 편석 및 기공의 면적이 작을수록 요구하는 품질을 얻기가 좋으며, 반대로 너무 크면 가열 및 압연공정에서 중심 편석을 완화하기 위해 장시간 가열이 필요하고, 기공을 압착하기 위한 압하율 10 % 이상의 패스수를 더욱 늘려야 하는 단점이 있다. 보다 구체적으로, 주편의 면적은 74.5mm x 32.5mm 일 수 있다.
이하, 본 발명에 의해 제조된 극후 강판의 미세조직 및 기계적 물성에 대하여 설명한다.
[미세조직]
강판의 미세조직은, 페라이트 및 베이나이트를 포함하며, 페라이트의 체적 분율은 10 내지 50 %일 수 있다. 보다 구체적으로 15 내지 40 %가 될 수 있다. 나머지는 베이나이트일 수 있다.
[인장강도]
강판의 인장강도는 570 Mpa 이상일 수 있다.
[충격흡수에너지]
강판의 두께(t) 방향을 기준으로 t/2 지점의 충격흡수에너지는 -40℃에서 100J 이상일 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]
실험 및 평가
하기 표 1에 나타난 성분계를 만족하는 슬라브를 하기 표 2에 나타난 제조 조건에 부합하도록 압연 및 냉각한 후, 항복강도, 인장강도, 페라이트 면적분율 및 항복비를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
표 1은 본 발명에 따른 성분계를 만족하는 강종과 그렇지 않은 강종들을 나타낸 표이다. 표 1에서 각 원소의 함량 단위는 중량% 또는 ppm(*로 표시함)이다. 또한, Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정이 멈추는 온도를 의미하고, Ar3 온도는 페라이트 변태 시작 온도를 의미하며, 단위는 ℃이다.
강번호 C Si Mn P S Al Ni Cu Ti Nb N** Ca* Tnr Ar3
발명강A 0.04 0.28 1.4 0.008 0.002 0.026 0.01 0.01 0.017 0.03 37 20 954 719
발명강B 0.07 0.32 1.9 0.009 0.002 0.027 0.45 0.17 0.015 0.02 20 14 950 722
발명강C 0.11 0.31 1.4 0.008 0.002 0.026 1.01 0.01 0.017 0.03 37 20 948 732
발명강D 0.18 0.27 1.7 0.010 0.001 0.032 0.18 0.20 0.015 0.03 29 18 958 705
비교강E 0.01 0.25 1.3 0.015 0.003 0.025 0.01 0.02 0.018 0.03 34 22 924 777
비교강F 0.21 0.32 0.5 0.014 0.004 0.027 0.20 0.20 0.017 0.03 35 22 968 715
비교강G 0.14 0.33 3.2 0.013 0.002 0.031 0.02 0.03 0.017 0.02 36 17 898 601
표 1을 참조하면, 강종 A 내지 D는 본 발명에 따른 성분계를 만족하는 강종들이고, 강종 E 내지 G는 본 발명에 따른 성분계를 만족하지 않는다. 보다 구체적으로, 강종 E 및 강종 F는 C 함량이 본 발명에 따른 C의 함량(0.02 중량% 내지 0.2 중량%)의 최하한치인 0.02 중량% 미만이고, 최상한치인 0.2 중량% 초과이며, 강종 G는 본 발명에 따른 Mn의 최상한치인 3.0 중량% 초과이다. 또한, 표 1을 참조하면, 강종마다 오스테나이트 재결정 종료 온도(Tnr)와 Ar3 변태온도가 상이하다.
그리고, 표 2는 표 1의 성분으로 이루어진 강 슬라브에 대하여 하기 표 2와 같은 형태로 주조, 압연 및 냉각을 실기하여 강재를 제조하였다.
이때, 제1 압연 속도 및 제2 압연 속도는 하기의 식 1을 이용하여 계산하였다.
[식 1]
압하속도(mm/min) = 압하량(mm) x 주조속도 (m/min) / 세그먼트 길이 (m)
또한, 제1 압연 단계 및 제 2 압연 단계에서의 세그먼트 길이는 2m로 하여 계산 하였다.
No. 주편 제조 조건 조압연 조건 사상압연 조건 냉각조건 비고
강종 번호 제1 압연 (응고전)
압하량
(mm)		 제1 압연 속도 (mm/min) 제2 압연 (응고후) 압하량
(mm)		 제2 압연 속도 (mm/min) 주조
속도
(m/min)		 응고
지연부 물량/
중앙부 물량		 재가열
추출
온도
(oC)		 조압연
종료
온도
(oC)		 압하율
10%
이상 패스수		 압연
개시
온도
(oC)		 압연
종료
온도
(oC)		 냉각
속도
(oC/s)		 냉각
종료
온도
(oC)		 본 발명
제어 조건 만족 여부
강종A A-1 8 2.8 6 2.1 0.7 1.5 1080 990 3 910 780 7 415 O
A-2 5 2 10 4 0.8 1.8 1090 1000 3 920 790 7 430 O
A-3 5 2 6 2.4 0.8 1.5 1090 970 3 895 780 6 440 O
A-4 5 1.75 0 0 0.7 1.8 1080 980 4 920 780 7 410 X
강종B B-1 8 2.8 10 3.5 0.7 1.5 1070 990 3 948 808 7 420 O
B-2 5 2 10 4 0.8 1.0 1075 995 2 933 793 8 435 X
B-3 3 1.2 8 3.2 0.8 1.5 1130 1030 3 923 783 9 425 X
B-4 15 5.25 0 0 0.7 1.8 1105 1025 4 945 815 6 410 X
강종C C-1 8 2.8 6 2.1 0.7 1.5 1110 970 3 913 773 8 430 O
C-2 5 2 10 4 0.8 1.8 1095 960 3 928 798 6 417 O
C-3 5 2 6 2.4 0.8 1.5 1085 985 3 938 838 8 395 O
C-4 20 7 0 0 0.7 1.0 1105 965 2 820 780 7 412 X
강종D D-1 8 2.8 6 2.1 0.7 1.5 1075 965 3 914 774 7 433 O
D-2 10 4 10 4 0.8 1.8 1065 1025 3 889 749 9 422 O
D-3 5 2 6 2.4 0.8 1.5 1115 995 3 879 739 6 420 O
D-4 10 3.5 0 0 0.7 1.8 1095 1015 2 820 780 7 442 X
강종E E-1 8 2.8 6 2.1 0.7 1.5 1077 1005 3 875 835 8 427 X
E-2 10 4 10 4 0.8 1.8 1087 985 3 855 815 9 396 X
E-3 18 6.3 0 0 0.7 1.5 1125 950 3 845 825 8 380 X
강종F F-1 8 2.8 6 2.1 0.7 1.5 1135 995 3 963 823 9 415 X
F-2 10 4 10 4 0.8 1.3 1105 1045 4 943 803 7 429 X
F-3 5 2 10 4 0.8 1.5 1110 980 3 933 793 6 395 X
강종G G-1 8 2.8 6 2.1 0.7 1.5 1087 970 3 793 714 5 410 X
G-2 10 4 10 4 0.8 1.8 1077 1000 4 783 704 6 390 X
G-3 5 2 10 4 0.8 2 1119 990 3 801 723 8 410 X
표 2와 같이 제조된 강재에 대해, 표 3과 같이 항복 강도(YS), 인장강도(TS), -40℃에서 1/2t 위치의 충격흡수에너지(CVN), CTOD 합부 여부 및 초음파로 측정된 불량 여부를 판단하였다.
강종 번호 제품두께 YS TS CVN
(@-40oC)		 CTOD
합부		 초음파 불량여부 본 발명의 강재 특성조건 만족여부
강종A A-1 80 497 625 280 O O O
A-2 90 474 587 251 O O O
A-3 80 471 592 175 O O O
A-4 80 534 656 61 X X X 충격인성미달,CTOD 및 초음파 불량
(응고후 압하량 부족)
강종B B-1 90 486 590 234 O O O
B-2 100 481 582 79 X O X 충격인성, CTOD 미달
(응고 지연부 물량 및
강압하 횟수 부족)
B-3 90 531 587 55 X X X 충격인성, CTOD 미달 및 초음파 불량(응고전 압하량 부족 및
추출온도 초과)
B-4 90 521 576 97 O O X 충격인성미달(응고후 압하량 부족)
강종C C-1 80 502 637 249 O O O
C-2 100 481 589 122 O O O
C-3 80 525 591 156 O O O
C-4 80 591 663 36 O O X 충격인성미달(응고후 압하량, 응고 지연부 물량 및 강압하 횟수 부족)
강종D D-1 90 471 596 193 O O O
D-2 100 482 599 143 O O O
D-3 90 489 603 176 O O O
D-4 90 561 668 86 O X X 충격인성미달(응고후 압하량 및 강압하 횟수 부족)
강종E E-1 80 445 511 256 O O X 강도미달
(C 함량 미달)
E-2 100 451 502 198 O O X 강도미달
(C 함량 미달)
E-3 90 455 532 223 O O X 강도미달(C 함량 미달)
강종F F-1 80 529 677 83 X O X 충격인성, CTOD 미달 (C 함량 초과)
F-2 100 501 686 55 X O X 충격인성, CTOD 미달 (C 함량 초과)
F-3 90 499 659 77 X O X 충격인성, CTOD 미달 (C 함량 초과)
강종G G-1 80 491 597 88 O O X 충격인성미달
(Mn 함량 초과)
G-2 100 497 585 31 O O X 충격인성미달
(Mn 함량 초과)
G-3 90 533 615 75 O O X 충격인성미달(Mn 함량 초과)
실험 결과
표 1에서 표 3을 참조하면, 강종 A 내지 G중, 본 발명의 성분계, 주조속도, 주편 응고 전 압하량 및 응고 후 압하량, 주편의 중앙부의 냉각수 분사량에 대한 주편의 가장자리부의 냉각수 분사량, 재가열 추출온도, 조압연 종료 온도, 압하율 10% 이상 패스 수, 사상 압연 개시 온도, 사상 압연 종료 온도, 냉각 속도, 냉각 종료 온도의 조건을 만족하는 A-1, A-2, A-3, B-1, C-1, C-2, C-3, D-1, D-2, D-3은 인장강도가 570MPa 이상, -40℃에서 t/2 위치의 충격흡수에너지가 100J 이상인 충격인성 확보가 가능하며 동시에 CTOD 및 초음파를 통한 검출시에 결함이 발생되지 않은 안정된 제품 제조가 가능하다고 판단되었다.
하지만, 주편의 응고전 압하량이 5mm 미만인 B-3의 경우 주편 응고전 중심편석 저감이 불가능하여 -40℃에서 t/2 위치의 충격흡수에너지가 100J 미만일 뿐만 아니라 CTOD 및 초음파 탐상 불량도 발생되었으며, 주편 응고후 압하가 없는 경우인 A-4, B-4, C-4, D-4는 주편 응고 후 기공의 영향으로 -40℃에서 t/2 위치의 충격흡수에너지가 100J 미만일 뿐만 아니라 간혹 CTOD 및 초음파 탐상 불량도 발생되었다. 그리고, B-2는 주편의 중앙부의 냉각수 분사량에 대한 주편의 가장자리부의 냉각수 분사량 부족과 조압연 압하율 10% 이상 패스 수가 3회 미만인 경우로, -40℃에서 t/2 위치의 충격흡수에너지가 100J 미만일 뿐만 아니라 CTOD 및 초음파 탐상 불량도 발생되었다.
또한, C 함량이 0.02 중량% 미만인 강종 E은 인장강도가 요구수준인 570MPa 미만으로 재질이 불합격되었고, C 함량이 0.0 중량% 초과인 강종 F는 인장강도 증가함에 따른 충격인성이 크게 감소하였고, 이와 동시에 CTOD 불합격이 발생되었다. 마지막으로 강종 G의 경우, Mn 함량 초과에 따른 충격인성 확보가 불가능함을 알게 되었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 주편
20: 세그먼트
30: 2차 냉각 노즐

Claims (10)

  1. 중량%로, C: 0.02 내지 0.2%, Mn: 1.0 내지 3.0%, Si: 0.01 내지 0.8%, Cu: 0.010 내지 1.0%, Ni: 0.01 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.10%, V: 0.005 내지 0.3%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.005 내지 0.1%, Al: 0.005 내지 0.2%, P: 0.02% 이하, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 소재를 준비하는 단계;
    상기 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계; 및
    상기 주편을 압하율 10 % 이상의 패스수가 3회 이상으로 조압연하는 단계;를 포함하고,
    상기 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계;는,
    상기 강 소재의 응고 중에 압하속도 1.5 내지 4.5 mm/min으로 제1 압연하는 단계; 및
    상기 강 소재의 응고 후에 압하속도 2 내지 4.5 mm/min으로 제2 압연하는 단계를 포함하고,
    상기 강 소재의 응고 중에 압하속도 1.5 내지 4.5 mm/min으로 제1 압연하는 단계에서의 압하량은 3mm 초과 15mm 미만인 극후 강판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강 소재를 준비하는 단계;에서,
    상기 강 소재는 B: 5 내지 40ppm, N: 15 내지 150ppm, Ca: 60ppm 이하 및 S: 100ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 극후 강판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계;에서,
    주조 속도는 0.6 내지 1.8m/min인 극후 강판 제조방법.
  4. 제1에 있어서,
    상기 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계;에서,
    상기 주편에 냉각수를 공급하되,
    상기 주편의 폭(w) 방향을 기준으로, 중앙부(a 내지 b 구간)에서의 상기 냉각수 물량에 대한 테두리부(0 내지 a 구간 및 b 내지 w 구간)에서의 상기 냉각수 물량의 비가 1.2 이상인 극후 강판 제조방법.
    (상기 a는 w/4±w/8 이고, 상기 b는 3w/4±w/8 이다.)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 강 소재를 주조하여 주편을 제조하는 단계; 이후,
    상기 주편을 1050 내지 1250℃로 가열하는 단계;를 더 포함하는
    극후 강판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주편을 조압연하는 단계;에서,
    조압연 온도는 Tnr 내지 1120 ℃인 극후 강판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주편을 조압연하는 단계; 이후,
    상기 조압연된 주편을 Ar3+30 내지 Tnr ℃로 사상압연하는 단계;를 더 포함하는 극후 강판 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조압연된 주편을 사상압연하는 단계; 이후,
    상기 사상압연된 주편을 냉각하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 사상압연된 주편을 냉각하는 단계;는,
    5℃/s 이상의 냉각 속도로 390℃ 이상의 온도에서 냉각 종료하는 것인 극후 강판 제조방법.
  9. 중량%로, C: 0.02 내지 0.2%, Mn: 1.0 내지 3.0%, Si: 0.01 내지 0.8%, Cu: 0.010 내지 1.0%, Ni: 0.01 내지 2.0%, Nb: 0.005 내지 0.10%, V: 0.005 내지 0.3%, Mo: 0.01 내지 1.0%, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.005 내지 0.1%, Al: 0.005 내지 0.2%, P: 0.02% 이하, 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 극후 강판용 주편이되,
    상기 주편의 두께(t) 방향을 기준으로 t/2 지점에서의 면적당 중심 편석 및 기공의 면적이 0.031 내지 0.087%인 극후 강판용 주편.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주편은,
    B: 5 내지 40ppm, N: 15 내지 150ppm, Ca: 60ppm 이하 및 S: 100ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 극후 강판용 주편.
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