KR102240599B1

KR102240599B1 - 고 내부식성 고강도 Al 함유 내후성 강판 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR102240599B1
Application number: KR1020157022772A
Authority: KR
Inventors: 펭밍 송; 동후이 웬; 지강 리; 샤오핑 후; 아나 양; 지엔예 리
Original assignee: 바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US10760149B2; CN103074548B; JP6415453B2; US20150354041A1; WO2014114160A1; CN103074548A; JP2016511326A; KR20150110719A

Abstract

본 발명은 화학성분 중량백분비（wt%） 함량이: C：0.02 내지 0.07%，Si：0.2 내지 1.0%，Mn：0.2 내지 2.2%，P≤0.01%，S≤0.006%，Cu：0.2 내지 0.5%，Cr：0.5 내지 3.5%，Ni：0.2 내지 1.2%，Al：0.4 내지 4.0%，N≤0.005%이며, Nb, Ti 및 V중의 한가지 또는 여러가지를 선택하여 포함하며, Nb：0.01 내지 0.06%，Ti：0.01 내지 0.10%，V：0.02 내지 0.10%이며, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이며, Al/Cr가 0.5 내지 8.0이며, 항복강도가 350 내지 500MPa이며, 연신율은 20%이상이며, 상대적 부식도가 27%이하인 동시에 양호한 충격인성 및 비교적 낮은 항복비를 구비한 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판을 제공하며, 또한 상기 내후성 강판을 제조하는 방법을 제공하였다.

Description

고 내부식성 고강도 Al 함유 내후성 강판 및 그의 제조방법{Highly Corrosion-resistant, High Strength, Al-containing Weathering Steel Plate and Process of Manufacturing Same}

본 발명은 내후성 강의 제조분야에 관한 것이며, 특히는 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

내후성 강 또는 내대기부식성 강은 예를 들어, 중국특허CN1609257에서 공개한 "침상조직 고강도 내후성강 또는 그의 생산방법", 중국특허CN1986864에서 공개한 "일종의 고강도 저합금 내대기부식성 강 및 그의 생산방법", 일본특허번호JP04235250A에서 공개한 "HIGH CORROSION RESISTANT STEEL SHEEL", 미국특허번호US6315946에서 공개한 "Ultra low carbon bainitic weathering steel" 등이 있다. 상기 특허에 관한 강종은 모두 전통적인 CORTEN강 계열의 강종이며, 성분계는 Cu-P-Cr-Ni계 또는 Cr-Mn-Cu계에 속하며, 기타 미량 합금원소를 보조적으로 첨가하는 동시에 일정한 압연공정 조건하에 부동한 조직형태를 얻으며, 이로써 필요한 역학적성능 및 내부식성을 얻는다. 합금성분에 있어서, 저 Cr 내후성강이며, Cr 함량은 일반적으로 0.7%이하이며, Al함량은 0.1%이하이다.

그러나, P, Re에 의하여 내부식성을 제고하는데는 P의 편석 분열, 및 Re함량의 제어 난이성 등 문제점들이 존재한다. 내대기부식성을 진일보 제고시키기 위해, 연구자들은 기타 내부식성 원소의 함량을 대폭 제고시키는 방법을 통해 합금형 내후성 강을 개발하였다. 예하면, 일본특허JP01079346A에 공개된 "내해수부식성강", 일본특허JP05302148A에 공개된 "고 내부식성 강자기형 제진합금" 및 일본특허JP10025550A에 공개된 "내부식성 강", 일본특허JP2000336463에 공개된 "CORROSION RESISTANT STEEL IN THE SOIL" 및 일본특허JP2002285298에 공개된 "Cr-CONTAINING CORROSION RESISTANT STEEL FOR BUILDING AND CONSTRUCTION STRUCTURE" 등이 있다.

상기 5개 특허에 관련된 강종은 모두 비교적 많은 Al, Cr성분을 포함하는 동시에 기타 합금원소를 배합시켜 특정된 역학적 성능을 실현하고 있다. 그중, 앞 두개 특허는 고Al형 내후성강에 속하며, 특허 JP01079346A의 강에 있어서, Al함량은 높아 7 내지 20%에 달하며, 특허 JP05302148A의 강에 있어서, 고 Al함량 외에, 일반 내후성 강 레벨을 훨씬 초월한 수준의 Si, Cr도 포함하고 있다. 뒷 세개 특허는 성분계에서 모두 고 Cr계 내후성 강에 속하며, Cr함량이 일반적으로 7%이상이며, 많게는 9 내지 14%이다. 그중 특허JP10025550A중에는 심지어 0.45-0.65%에 달하는 높은 함량의 탄소를 포함하고 있다. 또한, 상기 특허에는 부동한 량의 Co, W, Mo, B, Zr등 성분을 포함한다. 상기 특허를 대표로 하는 고 Al계, 고 Cr계 내후성 강에 있어서, 합금성분의 함량이 너무 높아, 한편으로는 제련, 압연의 생산 난이도를 증가시키는 동시에 원가도 대폭 높아지고 있다.

현존기술의 내후성 강에 있어서, 양호한 역학적성능을 확보하는 동시에 상대적 부식도가 일반적으로 높지 않으며, 심지어 일부 강종은 종합적 역학성능도 확보할 수 없다. 다만 한 방면의 역학적 성능이 우수할 뿐, 철도차량 등 내부식성을 제고시켜야 하는 강의 요구를 만족시킬 수 없으며, 사용기한이 비교적 짧고, 보수원가가 높다.

본 발명의 목적은 고 내부식성 고강도의 Al함유 강판 및 그의 제조방법을 제공하여, 현존기술에서 존재하는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 상기 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판의 항복강도는 350 내지 500MPa이며, 상대적 부식도는 27%이하이며, -40℃조건하에 샤르피 충격 에너지(Charpy impact energy)는 60J이상이며, 연신율이 20%이상이다. 주로, 철도 차량의 제조항업, 콘테이너 제조업 또는 교량 공정, 실외타워 등 분야에 사용된다.

상기 목적을 실현하기 위해, 본 발명에서는 하기 기술방안을 취한다.

일종 고내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판의 화학성분 중량백분비（wt%） 함량은 ：C：0.02 내지 0.07%，Si：0.2 내지 1.0%，Mn：0.2 내지 2.2%，P≤0.01%, S≤0.006%，Cu：0.2 내지 0.5%，Cr：0.5 내지 3.5%，Ni：0.2 내지 1.2%，Al：0.4 내지 4.0%，N≤0.005%，잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이며, Al/Cr는 0.5 내지 8.0이다.

진일보로, 본 발명의 고 내부식성 고강도의 Al 함유 내후성 강판은 또，Nb, Ti 및 V중의 일종 또는 여러가지를 포함하며, 그중, Nb：0.01 내지 0.06%，Ti：0.01 내지 0.10%，V：0.02 내지 0.10%이다. 상기 부수는 중량백분비로 계산한 것이다.

본 발명의 고 내부식성 고강도의 Al 함유 내후성 강판의 항복강도는 350 내지 500MPa에 달하며, 내후성 강의 고강도 요구를 만족시키며, Q345B의 내대기부식성에 비해, 그의 상대적 부식도는 27%이하로 감소되었으며, 현재 일반 내후성강의 Q345B에 비해 부식도가 55%를 초과하지 못하는 규정레벨보다 훨씬 낮으며, 내대기부식성이 현재 기초상에 한배 제고되었다. -40℃조건하의 샤르피 충격 에너지는 60J이상이며；연신율은 20%이상이다.

내후성강은 대기환경 사용조건하에, 강중의 합금원소 사이에 상호작용이 발생하여, 표면에 α-FeOOH를 주요성분으로 하는 치밀한 녹층이 생성되며, 역학적 성능이 안정하고, 강 전기화학적 부식의 음극의 환원과정에 참여하지 않는다. 녹층내의 동, 크롬 등 원소의 부화(enrichment)로 인해 녹층이 이온 선택성 투과 특성을 가지게 되며, 강의 내대기부식성을 현저히 제고시킨다. 따라서, 본 발명에서 주요 내부식성 합금원소의 상호 작용을 통해 내부식성을 제고시키는 원리에 근거하여, 부동한 Al, Cr성분의 배합을 통해 Al/Cr비를 0.5 내지 8.0으로 제어하는 동시에, 적당한 기타 합금원소를 배합하여, 일종의 Al-Cr성분계 내대기부식성 강을 설계하였으며, 강의 항복강도가 350 내지 500MPa에 달하며, 내후성강의 고강도 요구를 만족시킨다. Q345B강의 내대기성부식성에 비해, 본 발명의 강종의 상대적 부식도를 27%이하로 낮추었으며, 전통적 고내후성강이 Q345B강의 부식도에 비해 55%를 초과하지 못하는 규정레벨을 훨씬 초과하였으며, 내대기부식성을 한배 제고시켰다. 본 발명의 강종은 양호한 역학적 성능을 확보하는 동시에, 상대적 부식도를 한배 낮추었으며, 철도 차량 등 고 내부식성 강의 요구를 만족시키고, 사용시간을 연장시키며 보수원가를 절감시킨다. 동시에, 본 발명의 강종은 현재 일반 열간 연속압연 내후성강의 기초상에, 압연온도를 적당하게 제어하고, 적당한 냉각속도를 보조로 하여, 뛰어난 종합성능을 얻는 동시에, 규모화 공업생산의 실현에 유리하게 되었다. 또한, Al는 지각중에서의 함량이 산소와 규소 버금으로 가는 제3대원소이며, 저장량이 풍부하다. 주요한 내부식성 원소로 Al를 선택함으로써, 귀중한 희유자원의 소모를 감소하였으며, 자원을 절약하는 작용을 한다.

본 발명의 고 내부식성 고강도 Al함유 내후성 강판의 성분설계에 있어서,

Al：Al은 일반적으로 제련과정에 있어서, 탈산소제로 강중에 첨가하며, 미량의 Al은 동시에 결정립의 미세화에 유리하며, 강재의 강 인화성능을 개선시킨다. 동시에, Al은 양호한 항산화성을 가지고 있어, 공기중에 노출되었을 경우 표면에 일종의 내부식성 산화층을 형성할 수 있다. 저탄소 강중에 적당한 량의 Al를 첨가하면, 강의 내대기부식성을 제고시킬 수 있다. Al를 첨가한 후, 강의 부식전위가 높아지는 동시에 Al은 O（산소）와 함께 표층에서 치밀한 Al₂O₃박막을 형성하며, 박막내에 양호한 내부식성을 가진 α-Al₂O₃，AlFeO₃，AlFe₃등 물질을 포함하고 있어 내부식성이 제고된다. 그러나, 너무 높은 Al은 강중의 페라이트 취성을 증가시켜 강의 인성의 저하를 초래하여, 그의 함량을 0.4 내지 4%로 제어해야 한다.

Cr：Cr은 강의 부동태화(passivation)를 현저히 개선시키는 효과를 가지고 있어 강 표면에 치밀한 부동태화막 또는 보호성 녹층의 형성을 촉진시키며, 녹층내에서의 부화는 녹층이 부식성 매개물에 대한 선택성 투과특성을 효과적으로 제고시킬 수 있다. 동시에, Al강중의 Cr의 첨가는 가소성, 인성을 효과적으로 제고시킬 수 있으며, Cr이 Al과 배합하여 강의 내대기성 부식성을 현저히 제고시킬 수 있으며, 일정한 Cr 및 Al 함량의 조건하에, Al/Cr비가 높아짐에 따라, 강의 부식도가 떨어지는 추세를 나타낸다. 그러나, 너무 높은 함량의 Cr은 한편으로는 강판의 제조원가를 높이는 동시에, 용접 및 인성에도 불리하게 된다. Al, Cr의 부동한 함량이 강판 성능에 대한 영향을 종합적으로 고려하여, Al/Cr비를 0.5 내지 8.0사이로 제어한다.

C：C는 강중의 주요한 강화원소이며, 강판의 강도를 현저히 제고시킬 수 있으나, 비교적 많은 함량의 C는 강판의 용접, 인성 및 가소성에 불리하게 된다. 저C설계에 있어서, 펄라이트(pearlite)조직 및 기타 탄소화물의 형성을 제한하여, 강의 미세구조가 균일한 상조직이 되도록 확보하며, 부동한 상 사이의 전위차에 의한 일차전지의 부식을 피면하여, 강의 내부식성을 제고시켰다. 따라서, 그의 함량을 0.02 내지 0.07%로 제어한다.

Si：Si함량을 0.2 내지 1.0%로 제어한다. Si는 강중에서 비교적 높은 고용도를 가지고 있으며, 강중의 페라이트 체적부수를 증가시킬 수 있으며, 결정립을 미세화시켜, 인성을 제고시키는데 유리하다. 그러나, 함량이 너무 높으면, 용접성이 떨어지기에 상한치를 1.0%로 제어한다.

Mn：Mn은 비교적 강한 고용체 강화작용을 가지고 있는 동시에 강의 상변이 온도를 현저히 감소시키며, 강의 미세조직을 미세화시키는 중요한 강인화 원소이다. 그러나, Mn함량이 너무 높으면, 담금질성이 높아져, 용접성과 용접 열영향 영역의 인성 악화를 초래함으로, 그의 함량을 0.2 내지 2.2%로 제어한다.

S：S의 존재는 강의 내대기부식성을 악화시키나, P는 강의 내대기부식성을 효과적으로 제고시킨다. 그러나 P의 함량이 너무 높으면 강의 인성 및 가소성을 저하시키는 동시에 P의 존재에 의해 편석이 쉽게 발생하게 됨으로, 본 발명의 강종에서는 극히 낮은 S, P함량을 취하며, 그의 제어범위는 P≤0.01%, S≤0.006%이다.

Ni：Ni는 강의 강도를 제고시키는 동시에 인성을 개선시키는 원소이며, 담금질성을 제고시키며, Cu의 적열취성(red shortness)에 의한 체크모양의 균열을 효과적으로 방지할 수 있다. Ni가 귀금속 원소이기에, 원가를 고려하는 동시에 너무 높은 함량의 Ni은 산화막의 부착성을 제고시켜, 강중에 압력주입할 경우, 표면에 열간압연 결함이 발생한다. 따라서, 그의 함량을 0.2 내지 1.2%로 제어한다.

Cu：Cu와 Ni는 대체로 비슷한 작용을 하며, 고용체 및 침전강화 작용을 가지고 있어, Ni와 적당히 배합하면 강의 내대기부식성을 현저히 제고시킬 수 있으나, 함량이 너무 높으면 용접에 불리하며, 열간 압연시 쉽게 체크모양의 균열(check crack)이 일어나기에, 그의 함량을 0.20 내지 0.50%로 제어한다.

Nb：Nb는 탄소화물 형성에 강한 원소이며, 형성된 미세한 탄소화물의 과립은 조직을 미세화시키며, 석출강화 작용을 일으켜, 강판의 강도를 현저히 높여준다. 그러나, 비교적 많은 Nb은 용접성에 불리하며, 선택적으로 첨가할 있으나, 0.06%를 초과하지 않을 것을 제안한다.

Ti와 V：0.01 내지 0.10% Ti를 첨가하며, 주로 슬래브의 재가열과정에서의 오스테나이트 결정립 생장을 억제하는 동시에 재결정의 압연제어 과정에서 페라이트 결정립 생장을 억제시켜, 강의 인성을 제고시킨다. Al함유 저탄소강에 있어서, 동시에 미량의 V 또는 Ti을 첨가하면 부식속도를 현저히 늦출수 있다. 따라서, 선택하여 첨가하는 V함량을 0.02 내지 0.1%범위로 제어한다.

N： 강중의 Al원소는 N와 결합하여 AlN를 쉽게 형성하여, 강중의 질소화물 양을 현저히 증가시킨다. AlN은 일종의 비금속 불순물로써 강중에 독립적으로 존재할 경우, 강 기지의 연속성을 파괴하며, 특히는 AlN 양이 비교적 많고, 부화되어 분포될 경우, 그 위해성이 더 커서, N함량을 반드시 0.0050%이하로 제어해야 한다.

본 발명은 상기 강종의 화학성분의 범위를 제어하는 외에, 본 발명의 또 다른 관건적 기술은 고내부식성 고강도 Al함유 내후성 강판의 생산공정의 선택과 제어에 있다. 기본적인 공정은 하기와 같다.

제련→로외 정제(refining)→연속주조→슬래브의 재가열→압연 제어→냉각 제어→권취→마무리(finishing)→제품교부.

본 발명의 고내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판의 제조방법에는 구체적으로 하기 단계가 포함된다.

1) 제련, 로외 정제, 연속주조:

하기 성분에 따라, 제련, 로외 정제, 주조를 통해 슬래브를 형성하며, 화학성분의 중량백분비 함량은 ：C：0.02 내지 0.07%，Si：0.2 내지 1.0%，Mn：0.2 내지 2.2%，P≤0.01%，S≤0.006%，Cu：0.2 내지 0.5%，Cr：0.5 내지 3.5%，Ni：0.2 내지 1.2%，Al：0.4 내지 4.0%， N≤0.005%，잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이며, Al/Cr은 0.5 내지 8.0이다.

또는 용강의 화학성분에는 Nb, Ti 및 V중의 한가지 또는 여러가지를 더 포함하며, 그중, Nb：0.01 내지 0.06%，Ti：0.01 내지 0.10%，V：0.02 내지 0.10%이며, 중량백분비로 계산한 것이다.

2) 슬래브가열: 단계1)에서 얻은 슬래브를 가열하며, 가열온도는 1220℃이상이다.

3) 압연: 러프압연(rough rolling), 마무리압연(finish rolling) 두단계를 통해 압연공정을 제어하며, 마무리압연의 압연마감온도는 720 내지 800℃이다.

4) 냉각: 압연 후 강판을 냉각시키며, 냉각속도는 10 내지 40℃/s이다.

5) 권취, 마무리: 강판을 460 내지 520℃ 범위에서 권취를 진행한 후, 실온까지 재냉각시키는 동시에 마무리하여, 고내부식성 고강도의 Al함유 내후성강을 얻을 수 있다.

본 발명의 강종에는 비교적 많은 Al을 포함하나, Al은 페라이트 형성을 촉진시키는 원소이며, 그의 연속 냉각 그래프(CCT그래프)는 도1에 표시한바와 같다. 도1에서 알 수 있듯이, 강종의 오스테나이트화 온도는 1150℃이상이다. 미량의 합금원소 탄소질소화물이 오스테나이트중에서의 용해행위 및 가열과정에서의 오스테나이트 결정립 생장 행위를 종합적으로 고려하여, 본 발명에서는 특별히 슬래브를 1220℃이상에서 재가열하며, 두 단계 압연 공정을 취할 것을 강조한다.

본 발명의 강이 요구하는 성능을 얻기 위해, 반드시 강의 기본조직을 페라이트+베이나이트로 제어해야 한다. CCT그래프로부터 보면, 본 발명의 강종은 매우 넓은 페라이트 영역을 가지고 있다. 뛰어난 종합성능을 얻고 재결정의 결정립 미세화 효과를 확보하기 위해, 950℃이상의 누적 변형량≥80％, 마무리 압연의 압연 마감온도를 750℃이상(완제품의 두께가 증가하면, 압연 마감온도를 적당히 낮출수 있다)으로 제어할 것을 요구하며, 형태변화가 결정립을 미세화하는 효과를 확보하기 위하여, 압연 마감온도를 720 내지 800℃로 제어한다. 압연 마감온도가 800℃를 초과하면, 결정립조직이 신속히 생장 및 조대화되며, 온도가 너무 낮으면, 압연력이 너무 높아 에너지소모가 증가한다.

연속 냉각 그래프에서 알수 있듯이, 냉각속도가 50℃/s이하인 경우 모두 페라이트+베이나이트 조직을 얻을 수 있다. 급냉각에 의한 조직 미세화 및 상변이 완성시간을 고려하여, 짧은 시간내에 대부분의 페라이트에서 베이나이트에로의 상변이를 완성해야 하며, 냉각속도를 반드시 10℃/s이상으로 제어해야 한다. 그러나 냉각속도가 너무 높으면, 조직의 상변이 포인트가 따라서 낮아지므로 강중의 페라이트조직의 함량이 낮아지게 되며 강의 가소성이 차해진다. 그리하여 냉각속도를 40℃/s이하로 제어해야 한다. 따라서, 본 발명의 강종의 압연 후 냉각속도를 10 내지 40℃/s범위내로 제어해야 한다.

권취온도는 강의 상변이 포인트 및 강판의 조직에 근거하여 확정해야 한다. 도1로부터 보아, 강의 마르텐사이트의 상변이 시작온도는 약 460℃이며, 냉각 정지온도가 이 온도보다 낮으면 대량의 마르텐사이트를 형성한다. 강도는 제고시켰으나, 강재의 인성과 가소성을 심하게 떨어뜨렸다. 냉각 정지 온도가 520℃를 초과하면, 페라이트+베이나이트의 조직을 얻을 수 없어, 반드시 강종을 460 내지 520℃의 범위내에서 권취한 후, 실온까지 냉각시켜야 한다.

본 발명의 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판의 화학성분의 배합비와 역학적 성능은 표1에 표시한 바와 같으며, 비슷한 강종과 화학성분, 성능의 대조를 진행하였다(표1을 참조).

그중, 대비문헌1:중국특허CN101376953A이며, 이는 초저탄소 성분인 동시에 Mn의 함량도 극히 낮으며, 일정한 량의 N, Ca를 함유할 것을 요구한다.

대비문헌2:일본특허번호JP2002363704이며, 그의 성분은 반드시 3 내지 20%의 Mn을 포함하며, Cu, Ni, Mo, Nb, V, Ti, Zr 및 Mg+Ca 등 원소중에서 한가지 또는 여러가지를 선택하여 첨가해야 한다.

대비문헌3:일본특허번호JP2002285298이며, 그의 성분은 반드시 N를 첨가하는 동시에 4 내지 9%의 Cr을 첨가하며, Cu, Ni, Mo, Nb, V, Ti, Ca 및 Mg, Re 등 원소중에서 한가지 또는 여러가지를 선택하여 첨가해야 한다.

본 발명의 강과 대비 강종의 화학성분, 역학적 성능의 대조

항목		본 발명	대비특허1	대비특허2	대비특허3
화 학 성 분 (wt%)	C	0.02-0.07	0.002-0.005	≤0.03	≤0.03
	Si	0.2-1.0	0.20-0.40	0.01-3.0	0.01-3.0
	Mn	0.2-2.2	0.01-0.05	3-20	0.10-3
	P	≤0.01	≤0.02	≤0.03	≤0.03
	S	≤0.006	≤0.008	≤0.010	≤0.01
	Al	0.4-4	0.01-0.05	0.8-10	0.1-5
	Ti	（0.01-0.10）	≤0.03	0.005-0.05	（0.005-0.03）
	Cu	0.2-0.5	0.20-0.40	0.1-5	0.05-10
	Cr	0.5-3.5	4.50-5.50	0.5-9.9	4-9
	Ni	0.2-1.2	≤0.40	0.1-5	0.05-10
	Nb	（0.01-0.06）	--	0.005-0.05	0.005-0.05
	V	（0.02-0.1）	--	0.01-0.1	0.005-0.1
	Zr	--	--	0.005-0.05	--
	Mg	--	--	0.0005-0.5（Ca+Mg）	0.0005-0.05
	Mo	--	--		0.01-1
	N	≤0.005	0.001-0.06	≤0.01	0.02
	Ca	--	0.001-0.006	--	0.01-1
	RE	--	--	--	0.01-0.1
항복강도/MPa		350-500	≥700	250-650	--
인장강도/MPa		≥450	--	345-780	--
항복비/％		≤80	--	--	--
연신율/％		≥20	≥20	--	--
샤르피V형 충격에너지값/J（-40℃）		≥60	--	--	--

표 1에서 대조를 통하여 알수 있듯이,

대비문헌 1, 2는 모두 고 내부식성 내후성 강이며, 그 중, 대비문헌1은 항복강도가 700MPa이상인 강종이며, 초저탄소성분（C：0.002% 내지 0.005%)을 요구하는 동시에 Mn, Al의 함량이 모두 0.05%이하이며, 강제련 난이도가 크다. 또한 Cr함량（4.5 내지 5.5%）도 본 실시예에서 요구하는 0.5 내지 3.5%의 함량범위보다 높으며, 일정한 함량의 N를 첨가할 것을 요구한다. 따라서 본 발명과 현저한 차이점을 가지고 있다.

대비문헌 2의 강종에 있어서, Cr, Al성분의 함량범위가 더 넓으며, 그 상한치는 본 발명의 강종의 Cr, Al성분의 함량 요구를 훨씬 초과한다. 이는 본 발명에서 매우 불리한 작용을 일으키며, 너무 높은 Al은 강중의 페라이트 취성을 증가시킴과 동시에 강의 인성 저하를 초래하며, 너무 높은 함량의 Cr은 동시에 용접성 및 인성에 불리하다. 또한 Cr, Al의 배합비도 매우 불리한 영향을 가져오며 본 발명의 성분 설계요구에 부합되지 않는다. 특히는, Mn함량을 3 내지 20%로 요구하나, 본 발명의 강종에 있어서 Mn함량을 2.2%이하로 제어하며, 본 발명의 강중의 Mn 성분의 함량을 현저히 초과하는 동시에 Mo, Zr등 합금원소를 동시에 첨가할 것을 요구한다. 대비문헌 2의 강종의 항복강도의 범위는 250MPa 내지 650MPa이며，250 MPa까지 낮으며, 비교적 넓은 범위인 동시에 기타 내부식성, 항복비, 연신율, -40℃ 샤르피 충격에너지 등 기타 방면의 종합적 성능 데이터가 없다. 따라서, 대비특허 1과 2의 두 특허와 본 발명은 모두 현저히 다르다.

대비문헌 3의 강종에 있어서, Cr의 함량은 4 내지 9%이며, 본 발명의 강의 0.5 내지 3.5%의 Cr의 함량에 비해 훨씬 높으며, 동시에 10%에 달하는 Cu과 Ni을 함유할 것을 요구한다. 또한, 대비문헌 3의 강종에는 0.02%의 N, 0.01 내지 1.0%의 Mo, 0.005 내지 0.05%의 Mg, 0.001 내지 0.1%의 희토류 등 원소성분을 포함하며, 이러한 원소의 첨가는 한편으로는 제조원가 및 제조 난이도를 제고시키는 동시에, 강판의 용접성 및 인성에 불리하다. 본 발명에서는 상기 함량의 원소성분을 포함하는 것을 필요로 하지 않는다.

또한, 본 발명의 강의 역학적성능에 대한 요구도 대비특허의 각종 강과 다르다. 본 발명의 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판은 항복강도가 350 내지 500MPa일 것을 요구하나, 대비특허 1의 강의 항복강도는 700MPa이상이며, 대비특허 2의 강의 강도범위는 비교적 넓다. 또한 대비특허 1 내지 3의 강에 대해서는 모두 저온 인성 성능에 관련된 데이터가 없다.

본 발명과 현존기술을 비교하면, 본 발명의 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판은 하기 장점과 유익한 효과를 갖고 있다.

1. 본 발명의 강종의 항복강도는 350MPa 내지 500MPa이며, 고강도 내후성강에 속하며, 차량의 자체 중량감소의 요구를 만족시킬 수 있다.

2. 적당한 량의 Al과 Cr의 첨가로 인해 본 발명의 강종은 우수한 내대기부식성을 가지고 있으며, 특히 Al, Cr의 배합비를 제어하여, 양호한 역학적성능을 확보한 동시에 본 발명의 강의 내대기부식성이 전통적인 내후성 강에 비해 한배이상으로 제고되었으며, 전통적 고강도 내후성강을 대체하여, 철도차량, 콘테이너, 교량 및 실외타워 등 분야에 사용할 수 있으며, 사용과 보수원가를 감소시켰다.

3. 본 발명의 강종은 우수한 냉간굽힘가공 및 저온 인성을 구비하여, -40℃조건하의 충격에너지가 60J이상이며, 절반 샘플의 충격에너지도 40J이상이며, 심지어 60J를 초과한다(표3에 표시한바와 같다).

4. 본 발명의 강종은 압연제어 냉각제어(TMCP)생산공정을 이용하여 생산하며, 압연 후 열처리를 할 필요가 없으며, 열간압연 상태에서 납품할 수 있으며, 납품주기를 효과적으로 확보하였으며, 생산원가를 낮추었다.

도1 은 본 발명의 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성강판의 CCT그래프 이다.（계산）

구체적인 실시예

하기 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 진일보 설명하고자 한다.

본 발명의 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판의 화학성분의 중량백분비 함량(화학성분의 배합비는 표2를 참고로 한다) 요구에 따라, 실험실의 500kg의 진공감응로에서 본 발명의 강을 제련하였다. 슬래브의 가열온도는 1220℃이상이며, 압연 마감온도는 720 내지 800℃이며, 권취온도는 460 내지 520℃이다. 이어서 실온까지 공기냉각을 진행한다. 실시예 강의 관련 역학적 성능은 표 3을 참고로 한다.

단위:중량백분비

실시예	C	Si	Mn	P	S	Al	Cu	Ni	Cr	Nb	V	Ti	N	Al/Cr
A	0.021	0.20	0.40	0.0090	0.0028	0.7	0.25	0.27	1.28		0.025		0.0031	0.55
B	0.022	0.95	0.30	0.0024	0.0022	3.0	0.34	0.24	2.4			0.010	0.0038	1.25
C	0.032	0.15	0.77	0.0087	0.0017	3.0	0.45	0.33	0.8	0.020		0.018	0.0029	3.75
D	0.064	0.30	0.68	0.0090	0.0014	1.7	0.31	0.35	3.4	0.018	0.090		0.0026	0.50
E	0.038	0.50	0.97	0.0015	0.0016	3.2	0.31	0.47	0.7	0.030		0.09	0.0021	4.57
F	0.024	0.10	1.12	0.0023	0.0024	2.8	0.34	0.58	0.5	0.040			0.0035	5.60
G	0.053	0.25	2.15	0.0074	0.0031	3.5	0.28	1.15	1.5	0.060			0.0043	2.33

실시예	규격/mm	가열온도/℃	압연마감온도/℃	권취온도/℃	항복강도Rp0.2/MPa	인장강도 Rm/MPa	항복비 YR/%	연신율A/%	－40℃충격 에너지AKv/J
A	6	1240	800	520	493	625	79	21.0	68
B1	6	1240	780	510	430	585	73.5	21.0	63
B2	10	1240	760	490	412	545	75.6	22.3	75
C	8	1240	780	520	383	485	78.9	26.8	47
D1	8	1250	740	460	548	683	80	20.0	44
D2	12	1250	720	460	511	635	80	20.8	84
E	12	1250	780	490	363	490	74.1	22.8	84
F	12	1250	760	490	398	513	77.6	23.5	89
G	16	1250	720	460	475	610	77.9	20.3	85

비고:1)B1과 B2는 표2중의 B 화확성분의 용강을 이용하여 제조하였다. D1과 D2는 표2중의 화학성분의 용강을 이용하여 제조하였다.

2)10mm보다 작은 규격의 강판 A, B1, C, D1에 있어서, －40℃충격에너지는 절반 샘플의 충격에너지이며, 나머지는 모두 전체 샘플의 －40℃의 충격에너지이다.

보통 탄소강 Q345B 및 고강도 내후성강 Q450NQR1은 대조샘플이며, 철도용 내후성 강의 주기성 침지 부식성 실험방법（TB/T2375-93）에 따라 72시간의 주기성 침지 순환성 부식실험을 진행하였다. 샘플의 단위 면적의 부식성 실중량에 의하여 평균 부식속도를 구하였으며, 진일보 강종의 상대적 부식속도를 구하였다. 9종의 실시예 강종(A-G) 및 대조강의 내대기부식성 성능은 표4에 표시한 바와 같다.

9종의 실시예 강의 내대기부식성

강종	평균부식속도 (mg/cm².h)	상대적 부식속도 (%)
A	0.1342	25.8
B1	0.0657	12.6
B2	0.0650	12.5
C	0.0871	16.8
D1	0.1315	25.3
D2	0.1310	25.1
E	0.0815	15.7
F	0.1278	24.6
G	0.1035	19.9
Q345B	0.5194	100.0
Q450NQR1	0.2018	38.9

본 발명의 고내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강의 성분 설계범위 및 압연 공정에 대한 제어를 통해 얻은 실시예의 강의 항복강도가 350 내지 500MPa이며, 연신율이 20%이상이다. 동시에 양호한 충격인성 및 비교적 낮은 항복비를 구비한다. 내대기부식성에 대한 대조결과, 본 발명의 강종의 내대기부식성은 전통적 고강도 내후성강의 성능 요구（상대부식도≤55%）에 비해 한배이상 제고되었으며, 상대적 부식도는 27%이하이다. 따라서, 본 발명의 고내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강은 전통적 내후성 강 및 현존의 고강도 내후성강을 완전히 대체할 수 있으며, 대기환경조건하에 광범위하게 응용할 수 있으며, 철도차량, 컨테이너제조 및 교량 및 실외타원 등 분야의 요구를 만족시킬 수 있다.

Claims

화학성분 중량백분비（wt%） 함량이: C：0.02 내지 0.07%，Si：0.2 내지 1.0%，Mn：0.2 내지 2.2%，P≤0.01%，S≤0.006%，Cu：0.2 내지 0.5%，Cr：0.5 내지 3.5%，Ni：0.2 내지 1.2%，Al：0.7 내지 4.0%，N≤0.005%，잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, Al/Cr가 0.5 내지 8.0이며,
강판 항복강도가 350 내지 500MPa이며, 상대적 부식도가 27%이하이며, -40℃ 조건하의 샤르피 충격 에너지는 60J이상이며；연신율은 20%이상인 것을 특징으로 하는 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판.
제 1 항에 있어서,
Nb, Ti 및 V중의 한가지 또는 여러가지를 더 포함하며, 중량백분비로 계산하여, Nb：0.01 내지 0.06%，Ti：0.01 내지 0.10%，V：0.02 내지 0.10%인 것을 특징으로 하는 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판.
1) 제련, 로외 정제, 연속주조단계:
중량백분비(wt%)로 표시된 하기 화학성분을 제련하고, 로외 정제하여 용강을 형성하고, 상기 용강을 연속 주조하여 슬래브를 형성하며, 화학성분은 C：0.02 내지 0.07%，Si：0.2 내지 1.0%，Mn：0.2 내지 2.2%，P≤0.01%，S≤0.006%，Cu：0.2 내지 0.5%，Cr：0.5 내지 3.5%，Ni：0.2 내지 1.2%，Al：0.7 내지 4.0%， N≤0.005%，잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, Al/Cr은 0.5 내지 8.0이며;
2) 슬래브가열단계: 단계1)에서 얻은 슬래브를 가열하며, 가열온도는 1220℃이상이며;
3) 압연단계: 러프압연(rough rolling), 마무리압연(finish rolling) 두단계를 통해 압연공정을 제어하며, 마무리압연의 압연마감온도는 720 내지 800℃이며;
4) 냉각단계: 압연 후 강판을 냉각시키며, 냉각속도는 10 내지 40℃/s이며;
5) 권취, 마무리단계: 강판을 460 내지 520℃ 범위에서 권취를 진행한 후, 실온까지 공기냉각으로 재냉각시키는 동시에 마무리하여 고내부식성 고강도의 Al함유 내후성강을 얻으며,
얻은 강판의 항복강도가 350 내지 500MPa이며, 상대적 부식도가 27%이하이며, -40℃조건하의 샤르피 충격 에너지는 60J이상이며；연신율은 20%이상인 것을 특징으로 하는 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 용강의 화학성분에 Nb, Ti 및 V중의 한가지 또는 여러가지를 더 포함하며, 그중, 중량백분비로 계산하여, Nb：0.01 내지 0.06%，Ti：0.01 내지 0.10%，V：0.02 내지 0.10%인 것을 특징으로 하는 고 내부식성 고강도의 Al함유 내후성 강판의 제조방법.