KR20120132835A

KR20120132835A - 열연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120132835A
Application number: KR1020110051195A
Authority: KR
Inventors: 박철봉; 문준오; 김성주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-10

Abstract

합금 성분 조절을 통하여 열처리 특성이 우수하고, 고온 압연 및 권취를 통해 결정립 크기를 일정 수준 이상으로 성장시켜 QT 열처리 전에는 저 항복비를 갖는 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.22 ~ 0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.2 ~ 1.6 중량%, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.0015 ~ 0.003, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850℃ ~ 910℃로 마무리 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 640 ~ 720℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 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 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 조절을 통하여 열처리 특성이 우수하며, 고온 압연 및 권취를 통해 결정립 크기를 일정 수준 이상으로 성장시켜 열처리전에는 저 항복비를 갖지만 열처리 후에는 API 5CT P110(인장강도 : 862MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965MPa) 규격을 만족하는 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, 냉각/권취(cooling/coiling) 과정 등을 통하여 제조된다.

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

열간압연 과정에서는 압연롤을 이용하여 고온에서 슬라브 판재를 최종 두께로 열간압연한다.

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

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 열연공정 조건 제어를 통하여 QT(Quenching & Tempering) 열처리 전에는 API 5CT J55(인장강도 : 517MPa 이상 및 항복강도 : 379 ~ 552 MPa) 규격을 만족하고, 열처리 후에는 API 5CT P110(인장강도 : 862MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965MPa) 규격을 만족하는 열연강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조 방법으로 제조되는 열연강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.22 ~ 0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.2 ~ 1.6 중량%, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.0015 ~ 0.003 중량%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850℃ ~ 910℃로 마무리 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 640 ~ 720℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬라브 판재에는 인(P) : 0.018 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.006 중량% 이하가 더 포함되어 있을 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.22 ~ 0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.2 ~ 1.6 중량%, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.0015 ~ 0.003 중량%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 미세 조직이 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 강판에는 인(P) : 0.018 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.006 중량% 이하가 더 포함되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 열연강판 및 그 제조 방법은 합금 성분 조절 및 열연공정 조건 제어를 통하여 QT(Quenching & Tempering) 열처리 전에는 미국석유협회(American Petroleum Institute : API)에서 규정한 API 5CT J55의 기계적 물성인 인장강도 : 517MPa 이상 및 항복강도 : 379 ~ 552 MPa를 만족하고, 열처리 후에는 API 5CT P110의 기계적 물성인 인장강도 : 862MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965MPa를 만족할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 적용되는 냉각 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 실시예 2에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직 사진으로, QT 열처리 전의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 2에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직 사진으로, QT 열처리 후의 미세조직을 나타낸 것이다.

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 합금 성분 조절 및 열연공정 조건 제어를 통하여 QT(Quenching & Tempering) 열처리 전에는 미국석유협회(American Petroleum Institute : API)에서 규정한 API 5CT J55의 기계적 물성인 인장강도 : 517MPa 이상 및 항복강도 : 379 ~ 552 MPa를 만족하고, 열처리 후에는 API 5CT P110의 기계적 물성인 인장강도 : 862MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965MPa를 만족하는 것을 목표로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 열연강판은 탄소(C) : 0.22 ~ 0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.2 ~ 1.6 중량%, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.0015 ~ 0.003 중량%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 미세 조직이 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

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

탄소(C)

탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.

상기 탄소는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.22 ~ 0.27 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, 탄소의 함량이 0.22 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소의 함량이 0.27 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있으며, 전기저항용접(ERW)시 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제의 기능 및 고용강화를 위해 첨가된다.

상기 실리콘은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.15 ~ 0.35 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, 실리콘의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우 실리콘 첨가에 따른 탈산 효과가 불충분하며 고용강화 효과가 미미할 수 있다. 반대로, 실리콘의 함량이 0.35 중량%를 초과할 경우 용접성을 떨어뜨리고 재가열 및 열간압연 시에 적 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있으며, 용접후 도금성을 저해할 수 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 고용강화 원소로써 강의 경화능을 향상시켜 강도를 확보하는 데 효과적인 원소이다. 또한, 망간은 오스테나이트 안정화 원소로써, 페라이트 및 펄라이트 변태를 지연시켜 페라이트의 결정립 미세화에 기여한다.

상기 망간은 강도 향상 효과 및 중심 편석 유발 등을 고려할 때 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 1.2 ~ 1.6 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 만일, 망간의 함량이 1.2 중량% 미만일 경우 고용강화 효과가 미미할 수 있다. 반대로, 망간의 함량이 1.6 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.

한편, 본 발명에 따른 열연강판은 하기의 수학식 1의 함량 범위 내로 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. 만일, Mn/Si 비율이 6 미만일 경우 혹은 9를 초과할 경우, 고온에서 안정한 MnO, SiO₂ 산화물을 생성시킴으로써 전기저항용접시 훅 크랙(Hook crack)을 유발하여 용접부 품질을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 제강시의 탈산을 위해 첨가한다.

상기 알루미늄은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.04 중량%로 첨가되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.03 중량%를 제시할 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우, 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.04 중량%를 초과하면, 용접성을 저해하는 문제점이 있다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 가공성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가하는 것으로, 특히 TiC 및 TiN 등으로 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 비시효성과 가공성을 확보하기 위해 첨가하게 된다.

상기 티타늄은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.03 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.02 중량%를 제시할 수 있다.

만일, 티타늄의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 티타늄 첨가에 따른 고용 강화 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 티타늄의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우에는 TiN석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되고, 제조되는 강판의 표면 결함을 유발시킬 수 있다.

보론(B)

보론(B)은 오스테나이트 결정립에 편석되어 결정립계 에너지를 낮춤으로써 오스테나이트를 안정화시키고 이를 통해 강의 경화능을 향상시키는 원소이다.

상기 보론은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.0015 ~ 0.003 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.002 중량%를 제시할 수 있다.

만일, 보론의 함량이 0.0015 중량% 미만일 경우에는 보론 첨가에 따른 경화능 향상 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 보론의 함량이 0.003 중량%를 초과하여 다량 첨가 시에는 강의 취성을 급격히 증가시키는 문제점이 있다.

칼슘(Ca)

칼슘은 CaS를 형성시켜 강중의 황의 함량을 낮추고, 아울러 MnS 편석을 감소시켜 강의 청정도 및 황의 입계편석을 감소시켜 재가열 균열에 대한 저항성을 증가시키는 역할을 한다.

상기 칼슘은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.001 ~ 0.004 중량%로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.003 중량%를 제시할 수 있다.

만일, 칼슘의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 MnS 개재물의 제어 효과가 미미할 수 있다. 반대로, 칼슘의 함량이 0.004 중량%를 초과할 경우 CaO와 같은 개재물을 형성시키며, 연주성을 저해시키는 문제점이 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 되므로, 상기 인(P)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.018 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

황(S)

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

따라서, 황(S)의 함량은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.003 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

질소(N)

질소(N)는 불가피한 불순물로써, 다량 첨가할 경우에는 고용 질소가 증가하여 강판의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부의 인성을 크게 저하킨다. 따라서, 질소는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 60ppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

열연강판 제조 방법

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

도 1을 참조하면, 도시된 열연강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각/권취 단계(S130) 및 QT(Quenching & Tempering) 열처리 단계(S140)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

본 발명에 따른 열연강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 탄소(C) : 0.22 ~ 0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.2 ~ 1.6 중량%, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.0015 ~ 0.003 중량%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.

한편, 상기 슬라브 판재는 하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 실리콘(Si) 및 망간(Mn)을 포함하는 것이 바람직하다.

수학식 1 : 6 ≤ [Mn]/[Si] ≤ 9

(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃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.

만일, 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) : 850 ~ 910℃로 마무리 압연한다.

만일, 마무리 압연 온도(FDT)가 910℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 마무리 압연 온도가 850℃ 미만으로 너무 낮으면, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

냉각/권취

냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 640℃ ~ 720℃까지 냉각하여 권취한다.

본 발명에서의 냉각 과정은 열간압연된 판재를 수냉 등의 방식을 통하여 640℃ ~ 720℃까지 냉각함으로써, 강판의 결정립 성장을 억제하여 미세한 페라이트 결정립을 가지는 기지 조직을 형성시키고, 또한 펄라이트 조직을 형성시켜 고강도 및 고인성을 확보할 수 있다. 이때, 냉각 속도는 대략 1 ~ 100℃/sec 정도가 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

만일, 권취 온도(CT)가 720℃를 초과할 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 권취 온도(CT)가 640℃ 미만일 경우에는 강의 제조비용이 증가하며, 충분한 강도를 확보할 수는 있으나 고인성을 확보하는 데 어려움이 따른다.

상기 과정을 통하여 제조되는 열연강판은 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 가질 수 있다.

또한, 상기 과정을 통하여 제조되는 본 발명에 따른 열연강판은 인장강도(TS) : 517 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 379 ~ 552 MPa의 기계적 물성을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 열연강판은 냉각/권취 단계(S130) 이후, QT(Quenching and Tempering) 열처리 단계(S140)를 더 포함할 수 있으며, 상기 QT 열처리 단계(S140)에 의하여 상기 열연강판은 다양한 유정용 강종으로 업그레이드될 수 있다.

QT 열처리

QT 열처리 단계(S140)에서는 강판을 900 ~ 1000℃에서 소킹(soaking)하여 오스테나이트를 형성한 후, 퀀칭(Qenching)하여 베이나이트 및 마르텐사이트로 변태시킨다. 이후, 450 ~ 550℃에서 템퍼링(Tempering)을 실시하여 인성을 향상시킨다.

이러한 QT 열처리 단계(S140)는 권취된 강판을 파이프 형태로 조관한 후에 실시될 수 있다.

상기 QT(Quenching & Tempering) 열처리 과정에 의하여, 본 발명에 따른 열연강판은 인장강도(TS) : 862 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 758 ~ 965 MPa의 기계적 물성을 만족하는 강종으로 업그레이드(up-grade)된다.

이때, 오스테나이트 단상역의 저온에서 재가열을 할수록 결정립도가 감소되나 일정 수준 이상의 저온에서는 그 효과가 점점 떨어지므로 소킹 온도는 900℃ 이상에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 소킹 온도가 900℃ 미만일 경우에는 편석된 성분이 재고용되지 못하는 문제를 유발할 수 있다. 반대로, 소킹 온도가 1000℃를 초과할 경우에는 오스테나이트의 조대화로 원하는 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

이때, 템퍼링 온도가 450℃ 미만일 경우에는 템퍼링 시간이 장시간 동안 수행되어야 하므로, 공정 효율이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 템퍼링 온도가 550℃를 초과할 경우에는 과도한 템퍼링 공정이 수행되어 열처리된 강판의 기계적 특성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 템퍼링 온도는 450 ~ 550℃로 실시되는 것이 바람직하다.

상기의 과정으로 제조되는 열연강판은 QT 열처리 전에는 저항복비 특성을 가지며, QT 열처리 후에는 미국석유협회(American Petroleum Institute : API)에서 규정한 API 5CT P110의 기계적 물성인 인장강도 : 862MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965MPa를 만족하는 강종으로 업그레이드된다.

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. 열연 시편의 제조

표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 3에 따른 열연 시편을 제조하였다. 이후, 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1~3에 따라 제조된 열연 시편을 920℃에서 어닐링한 후 퀀칭(Quenching)하고, 480℃에서 200초간 템퍼링을 실시하였다.

이때, 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 3에 따른 열연 시편의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 압연모사시험기를 이용하여 가열, 열간압연 및 냉각의 열연공정을 모사하고 권취로에 장입하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

[표 3]

2. 기계적 물성 평가

표 3은 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 열연 시편의 기계적 물성에 대한 평가 결과를 나타낸 것이다.

표 1 ~ 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 열연 시편은 QT 열처리 전, 인장강도(TS) : 590 ~ 600MPa, 항복강도(YS) : 385 ~ 400MPa, 연신율(EL) : 33 ~ 34 및 항복비(YR) : 65 ~ 67.5%로 목표값을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 열연 시편은, QT 열처리 후, 인장강도(TS) : 975 ~ 983MPa, 항복강도(YS) : 859 ~ 870MPa, 연신율(EL) : 14 ~ 16% 및 항복비(YR) : 87.6 ~ 88.5%로 목표값을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.

반면, 실시예 1 ~ 3과 비교하여, 니오븀(Nb)이 첨가되는 대신, 티타늄(Ti) 및 보론(B)이 미 첨가되며, 마무리 열간압연 온도(FDT) 및 권취 온도(CT)가 각각 대략 50 ~ 100℃ 정도 낮은 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 열연 시편은, QT 열처리 전, 인장강도(TS) : 610 ~ 615MPa, 항복강도(YS) : 480 ~ 483MPa 및 연신율(EL) : 29 ~ 30%로 목표값을 모두 만족하였으나, 항복비(YR)가 78.5 ~ 78.7%로 목표값에 미달하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 열연 시편은, QT 열처리 후, 연신율(EL) : 17 ~ 18%로 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS) 및 항복강도(YS)가 목표값에 미달하는 763 ~ 765MPa 및 649 ~ 652MPa를 갖는 것을 확인할 수 있다.

도 2는 실시예 1에 적용되는 냉각 과정을 나타낸 모식도이다.

도 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 방법으로 제조되는 열연 시편의 경우, 페라이트 변태 영역 및 펄라이트 변태 영역에 비하여 베이나이트 변태 영역과 마르텐사이트 변태 영역이 폭 넓게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있다. 실시예 1의 경우, 항복강도(YS) 대비 높은 인장강도(TS)를 확보하기 위해 합금 성분 중 니오븀(Nb)을 제거하고, 티타늄(Ti) 및 보론(B) 첨가한 데 기인한 것으로, 이를 통해 경화능이 크게 향상될 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 3은 실시예 2에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직 사진으로, QT 열처리 전의 미세조직을 나타낸 것이고, 도 4는 실시예 2에 따른 방법으로 제조된 열연 시편의 미세조직 사진으로, QT 열처리 후의 미세조직을 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 2에 따른 방법으로 제조되는 열연 시편의 경우, QT 열처리를 실시하기 전에는 비교예 1 ~ 2에 비해 상대적으로 고온인 700℃에서 권취하는 것을 통하여 최종 미세조직이 조대한 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있다.

반면, 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 2에 따른 방법으로 제조되는 열연 시편의 경우, QT 열처리를 실시한 후에는 조관 열처리기의 설비의 능력을 감안할 때, 가혹한 조건이 아님에도 최종 미세조직이 치밀한 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열연강판은 QT 열처리 전에는 저항복비 특성을 가지며, QT 열처리 후에는 미국석유협회(American Petroleum Institute : API)에서 규정한 API 5CT P110의 기계적 물성인 인장강도 : 862MPa 이상 및 항복강도 : 758 ~ 965MPa를 만족하는 강종으로 업그레이드될 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
S140 : QT 열처리 단계

Claims

탄소(C) : 0.22 ~ 0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.2 ~ 1.6 중량%, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.0015 ~ 0.003 중량%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850℃ ~ 910℃로 마무리 압연하는 열간압연 단계; 및
상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 640 ~ 720℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 열간압연 단계 이전에,
상기 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 슬라브 재가열 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제2항에 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%)
제2항에 있어서,
상기 슬라브 판재에는
인(P) : 0.018 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.006 중량% 이하가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각/권취 단계 이후,
상기 강판을 900 ~ 1000℃에서 소킹(soaking)한 후, 퀀칭하여 450 ~ 550℃에서 템퍼링 하는 QT(Quenching & Tempering) 열처리 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 QT 열처리 단계에 의하여,
상기 열연강판의 최종 미세 조직은 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 열연강판 제조 방법.
탄소(C) : 0.22 ~ 0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn) : 1.2 ~ 1.6 중량%, 알루미늄(Al) : 0.01 ~ 0.04 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.03 중량%, 보론(B) : 0.0015 ~ 0.003 중량%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
미세 조직이 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제7항에 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%)
제7항에 있어서,
상기 강판은
인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.003 중량% 이하 및 질소(N) : 0.006 중량% 이하가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제7항에 있어서,
상기 강판은
인장강도(TS) : 517 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 379 ~ 552 MPa을 갖는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제7항에 있어서,
상기 강판은
연신율 : 20% 이상 및 항복비 : 70% 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제7항에 있어서,
상기 강판은 QT(Quenching & Tempering) 열처리에 의하여,
상기 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직이 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직으로 변태되는 것을 특징으로 하는 열연강판.
제12항에 있어서,
상기 강판은
상기 QT(Quenching & Tempering) 열처리에 의하여,
인장강도(TS) : 862 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 758 ~ 965 MPa로 업그레이드되는 것을 특징으로 하는 열연강판.