KR20240098760A - 내부식성 고강도 열연강재 및 그 제조방법 - Google Patents

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김주은
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김민수
권민성
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은, 내부식성이 우수한 내부식성 고강도 열연강재 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내부식성 고강도 열연강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%, 티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%, 크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%, 니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%, 구리(Cu): 0.2% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

내부식성 고강도 열연강재 및 그 제조방법{High strength hot rolled steel having excellent corrosion resistance and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부식성이 우수한 내부식성 고강도 열연강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 항만 건설에 사용되는 강관 말뚝이나 해수 배관과 같은 해양 구조물에 대해 우수한 내부식 특성을 갖는 강재에 대한 중요성이 대두되고 있다. 외부 환경에 노출되는 강재의 경우, 부식이 진행됨에 따라 수용 가능한 응력이 감소하게 때문에, 구조물의 안전과 장기간의 수명 확보를 위해 내부식 특성을 확보할 필요가 있다. 코팅이나 도금 등의 방안도 고려될 수 있으나 제조 공정이나 유지보수 측면에서 많은 비용과 시간이 소요된다. 따라서 소재 자체의 내부식성을 향상시킴으로써 기존의 문제를 개선할 필요가 있다.
한국특허출원번호 제10-2014-0036851호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 내부식성이 우수한 내부식성 고강도 열연강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 내부식성 고강도 열연강재 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내부식성 고강도 열연강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%, 티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%, 크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%, 니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%, 구리(Cu): 0.2% ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내부식성 고강도 열연강재의 탄소 당량(Ceq)은 0.5 이하일 수 있다. (여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임)
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 니켈:구리의 함량 비율은 1:2 내지 1:4일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내부식성 고강도 열연강재는, 항복강도(YP): 480 MPa 이상, 인장강도(TS): 630 MPa 이상, 및 연신율(El): 23% 이상, 및 저온 충격 인성(CVN): -20℃에서 100J 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내부식성 고강도 열연강재는, 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트가 혼합된 혼합조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내부식성 고강도 열연강재는, 일반 구조용 탄소강 대비 60% 이하의 상대 부식속도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내부식성 고강도 열연강재의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%, 티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%, 크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%, 니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%, 구리(Cu): 0.2% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,170℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 850℃ ~ 910℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 15℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계; 및 상기 열간압연된 강재를 540℃ ~ 600℃의 온도에서 권취하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 권취하는 단계를 수행한 후 제조된 상기 내부식성 고강도 열연강재는, 항복강도(YP): 480 MPa 이상, 인장강도(TS): 630 MPa 이상, 및 연신율(El): 23% 이상, 및 저온 충격 인성(CVN): -20℃에서 100J 이상을 만족하고, 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트가 혼합된 혼합조직을 가지고, 일반 구조용 탄소강 대비 60% 이하의 상대 부식속도를 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 구리, 니켈, 크롬 등과 같은 내식성 원소를 포함하고, 마무리 압연온도와 권취온도를 낮추고, 탄소당량을 0.5 이하로 제어하여 내부식성 고강도 열연강재를 제조할 수 있고, 상기 내부식성 고강도 열연강재는 일반 구조용 탄소강 대비 60% 이하의 상대 부식속도, 0.50 이하의 탄소 당량 및 -20℃에서 100J 이상의 충격 특성을 만족하는 60kg급 강재로서 해수 환경에서의 내부식성 확보를 가능하게 할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내부식성 고강도 열연강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부식성 고강도 열연강재의 제조방법을 이용하여 제조한 실시예의 미세조직을 나타내는 현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은 강도가 우수하며 해수 환경에서의 내부식 특성이 우수한 내부식성 고강도 열연강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 내부식성 고강도 열연강재의 내부식 특성은 Cr, Ni, Cu, P 등의 내식성 향상 원소의 적절한 첨가에 의해 확보할 수 있으며, 고강도를 확보하기 위하여 Nb, Ti 등의 석출 경화형 합금 원소의 첨가도 필수적이다. 또한 이러한 열연강재를 조관하여 해양 구조물용으로 사용하는 경우도 있기 때문에 강관 제조시 요구되는 용접성을 확보하기 위하여 탄소 당량도 제어해야 하며 또한 소재의 급격한 파괴를 막기 위해 우수한 충격특성을 확보할 필요가 있다.
따라서 본 발명에서는 일반 구조용 탄소강 대비 60% 이하의 상대 부식속도, 0.50 이하의 탄소 당량 및 -20℃에서 100J 이상의 충격 특성을 만족하는 60kg급 강재 및 그 제조 방법을 제시하고자 한다.
구체적으로, 해수 환경에서의 내부식 특성을 확보하기 위해서는 Cu, Ni, Cr 과 같은 내식성 향상 원소를 적절한 비로 첨가하여야 한다. 또한 고강도 특성을 확보하기 위해서는 Nb, Ti와 같은 석출 경화형 합금 원소를 첨가하거나 압연 공정 중 마무리 압연 온도 및 권취 온도를 낮게 설정하여 미세 결정립에 의한 강도 향상 효과를 얻어야 한다. 그러나 석출 경화형 합금 원소 첨가량이 높거나 마무리 압연 온도가 너무 낮을 경우, 인장강도 뿐 아니라 항복강도가 동시에 증가하여 조관 시 가공성 확보에 어려움이 있을 수 있다. 또한, 해당 열연강재의 조관성을 확보하기 위하여 용접성을 저하시키는 원소 첨가량을 제어해야 하며, 탄소 당량 역시 고려해야 한다.
따라서 본 특허에서는 합금원소의 함량 및 압연 조건을 제어하여 해수 환경에서의 내부식성 확보가 가능한 60kg급 내부식성 고강도 열연강재를 제시하고자 한다.
이하, 본 발명의 일 측면인 내진 특성이 내부식성 고강도 열연강재에 대하여 설명한다.
내부식성 고강도 열연강재
본 발명의 일 측면인 내부식성이 우수한 내부식성 고강도 열연강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%, 티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%, 크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%, 니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%, 구리(Cu): 0.2% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 내부식성 고강도 열연강재는 불가피한 불순물로서 바나듐(V): 0% 초과 ~ 0.01%를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 내부식성 고강도 열연강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 강재 전체에 대한 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.05% ~ 0.10%
탄소는 강의 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다. 상기 탄소의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 합금원소 첨가 등을 통하여 충분한 열연강재의 인장 강도 확보는 가능할 수 있으나 다량의 합금원소 첨가로 인한 경제성이 저하되게 된다. 상기 탄소의 함량이 0.10%를 초과하는 경우에는, 용접성을 저하시키며 펄라이트 상의 분율이 높아져 저온 충격 확보에 어려울 수 있다. 따라서, 탄소의 함량을 강재 전체 중량의 0.05% ~ 0.10%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%
실리콘은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 및 고용강화 효과를 얻기 위해 첨가하며, 또한 페라이트 안정화 원소로, 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는 데에 효과적이다. 상기 실리콘의 함량이 0.3% 미만인 경우에는, 첨가효과가 미미할 수 있다. 상기 실리콘의 함량이 0.6%를 초과하는 경우에는, Mn2SiO4 등의 산화물을 형성하여 도금성이 저하되고, 탄소 당량이 증가되어 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량을 강재 전체 중량의 0.3% ~ 0.6%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%
망간은 철과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화에 매우 효과적인 원소이고, 망간은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 상기 망간의 함량이 0.5% 미만인 경우에는, 첨가 효과가 충분하지 않아 강도 확보가 어려울 수 있다. 상기 망간의 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는, 황(S)와 결합하여 다량의 MnS가 형성되어 소재의 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 망간의 함량을 강재 전체 중량의 0.5% ~ 1.5%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%
알루미늄은 탈산제로 사용되는 동시에 실리콘과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하며 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 알루미늄의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없으며 첨가 효과가 미미할 수 있다. 상기 알루미늄의 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는, 강 내에 존재하는 N과 결합하여 조대한 AlN계 질화물을 생성하고, 용접성을 저해할 수 있다. 따라서, 알루미늄의 함량을 강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%
니오븀은 티타늄과 마찬가지로 탄소와 결합하여 강도 증가에 영향을 끼치는 탄화물을 형성한다. 상기 니오븀의 함량이 0.02% 미만인 경우에는, 충분한 강화 효과를 얻을 수 없으며 첨가 효과가 미미할 수 있다. 상기 니오븀의 함량이 0.10%를 초과하는 경우에는, 연성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 니오븀의 함량을 강재 전체 중량의 0.02% ~ 0.1%로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%
티타늄은 탄소와 결합하여 강도 증가에 영향을 끼치는 TiC 탄화물을 형성하며, 적절한 양을 첨가하였을 때 염분 부식 환경 하에서 내부식성을 향상시킬 수 있는 역할을 한다. 상기 티타늄의 함량이 0.02% 미만인 경우에는, 충분한 강화 효과를 얻을 수 없으며 첨가 효과가 미미할 수 있다. 상기 티타늄의 함량이 0.10%를 초과하는 경우에는, 항복강도가 지나치게 높아 가공성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 티타늄의 함량을 강재 전체 중량의 0.02% ~ 0.1%로 첨가하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%
크롬은 염분 부식 환경 하에서 내부식성을 크게 상승시키며, 고용강화에 효과적으로 작용하여 강도를 향상시킬 수 있다. 상기 크롬의 함량이 0.5% 미만인 경우에는, 첨가 효과가 미미할 수 있다. 상기 크롬의 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는, 조관 시 용접부 산화물을 형상하여 용접성을 저하시키며 탄소 당량을 상승시킬 수 있다. 따라서, 크롬의 함량을 강재 전체 중량의 0.5% ~ 1.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%
니켈은 강재의 강도를 증가시킬 뿐 아니라 충격 인성을 증가시킬 수 있다. 니켈의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 니켈 첨가 효과가 불충분하다. 니켈의 함량이 0.25%를 초과하는 경우에는, 경제성이 저하될 수 있다. 따라서, 니켈은 강재 전체 중량의 0.05% ~ 0.25%로 첨가되는 것이 바람직하다.
구리(Cu): 0.2% ~ 1.0%
구리는 니켈과 유사하게 고용강화 제공 및 경화능과 저온 충격인성을 향상시키는 역할을 한다. 구리의 함량이 0.2% 미만인 경우에는, 구리의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 구리의 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는, 고용 한도를 초과하기 때문에 더 이상의 강도 증가에 기여하지 못하며, 적열취성을 유발할 수 있다. 따라서, 구리는 강재 전체 중량의 0.2% ~ 1.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
여기에서, 구리의 합금은 녹는점이 낮은 금속으로 열간 압연시 강재 표면의 결정립계에 용융하여 냉각 시 견고한 스케일을 생성시켜 제거가 어렵게 된다. 이 때 니켈을 첨가하게 되면 구리와 전율 고용체를 형성하여 구리 첨가로 인한 녹는점 감소를 상쇄하는 역할을 한다. 충분한 효과를 위해 니켈:구리의 함량 비율이 1:2 이상이 되도록 해야 하지만, 니켈을 다량 첨가할 경우 제조비용이 크게 상승하기 때문에 니켈 함량:구리 함량을 1:4 내외로 첨가하도록 한다. 따라서, 니켈:구리의 함량 비율은 1:2 내지 1:4 일 수 있다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인은 강의 제조 과정에서 포함되는 불순물로서 함유될 수 있고, 강의 입계에 편석되어 재질 편차를 발생하게 하며 강의 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 인의 함량을 강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.01%
황은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS를 형성함으로써 강의 가공성을 저하시키며 조관 시 후크 크랙과 같은 용접부 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 황의 함량을 강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
바나듐은 탄소와 결합하여 강도 증가에 영향을 끼치는 탄화물을 형성하지만 항복강도를 크게 향상시키는 동시에 탄소 당량을 증가시키는 원소이므로, 본 발명에 강재에서는 배제하는 것이 바람직하다. 바나듐이 불가피한 불순물로서 포함되는 경우에는 0.01% 이하로 제한될 수 있다.
상기 내부식성 고강도 열연강재의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제강 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
상기 내부식성 고강도 열연강재는 0.5 이하의 탄소 당량(Ceq)을 가질 수 있고, 예를 들어 0.20 ~ 0.50의 범위의 탄소 당량(Ceq)을 가질 수 있다.
상기 탄소 당량(Ceq)은 식 1과 같다.
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
상기 식 1에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], 및 [V] 는, 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 바나듐(V)의 함량이며, 각각의 단위는 중량%이다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 강재의 제조 방법을 통해 제조된 내부식성 고강도 열연강재는, 항복강도(YP): 480 MPa 이상, 인장강도(TS): 630 MPa 이상, 및 연신율(El): 23% 이상, 및 저온 충격 인성(CVN): -20℃에서 100J 이상을 만족할 수 있다. 상기 내부식성 고강도 열연강재는 항복강도(YP): 480 MPa ~ 650 MPa, 인장강도(TS): 630 MPa ~ 800 MPa, 및 연신율(El): 23% ~ 35%, 및 저온 충격 인성(CVN): -20℃에서 100J ~ 400J을 만족할 수 있다.
상기 내부식성 고강도 열연강재는 폴리고날 페라이트(Polygonal Ferrite)와 침상형 페라이트(Acicular Ferrite)가 혼합된 혼합조직을 가질 수 있다.
상기 내부식성 고강도 열연강재는 일반 구조용 탄소강 대비 60% 이하의 상대 부식속도를 가질 수 있고, 예를 들어 40% ~ 60%의 상대 부식속도를 가질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내부식성 고강도 열연강재의 제조방법에 관하여 설명한다.
내부식성 고강도 열연강재의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내부식성 고강도 열연강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
상기 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%, 티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%, 크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%, 니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%, 구리(Cu): 0.2% ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내부식성 고강도 열연강재의 제조방법은 재가열단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각 단계(S130), 및 권취 단계(S140)를 포함한다.
재가열 단계(S110)
재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 강재를, 예를 들어 슬라브 판재를, 1,170℃ ~ 1,230℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 2 시간 이상, 예를 들어 2 시간 ~ 4시간 동안 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 재가열 온도가 1,170℃ 미만인 경우에는, 슬라브 가열이 충분히 이루어지지 않아 주조시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않을 수 있고, 열간 압연 시 압연 부하가 야기될 수 있다. 또한, 또한, 첨가된 니오븀, 티타늄 등과 같은 석출경화형 원소들이 충분히 재고용되지 못하여 석출물의 조대화로 인해 충분한 강도 확보가 어려울 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,230℃를 초과하는 경우에는, 결정립의 조대화로 인해 강재의 강도가 저하될 수 있다.
열간압연 단계(S120)
상기 가열된 강재는 먼저 그 형상의 조정을 위해 가열 후에 열간압연을 실시한다. 상기 열간압연은 폭압연, 조압연, 및 사상압연으로 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 열간압연 단계에 의하여, 상기 강재는 열연강판을 형성할 수 있다.
상기 열간압연은, 즉 상기 사상압연은 850℃ ~ 910℃의 마무리 압연 종료온도(finish rolling temperature, FRT)에서 종료될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 850℃ 미만인 경우에는, 결정립이 미세화되어 항복비가 높아지거나 이상 영역의 압연에 의해 혼립 조직이 발생하여 강판의 가공성 저하 및 압연 공정에 부하를 야기할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료 온도가 910℃를 초과하는 경우에는, 강판의 표면 스케일 발생으로 인한 강판의 품질이 저하될 수 있고, 결정립 조대화로 인한 충분한 강도 확보가 어려울 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를 15℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 540℃ ~ 600℃까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 방식 또는 수냉 방식으로 수행될 수 있다. 상기 냉각속도가 15℃/초 미만인 경우에는, 충분히 냉각이 이루어지지 않아 고온에서 생성되는 스케일을 야기할 가능성이 있으며, 낮은 냉속에 의해 충분한 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 상기 냉각속도가 30℃/초를 초과하는 경우에는, 판재의 형상 제어에 어려움이 있으며, 항복강도가 지나치게 높아져 가공성이 저하될 수 있다.
권취 단계(S140)
상기 냉각이 종료되어, 상기 강재를 540℃ ~ 600℃의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다. 상기 권취온도가 540℃ 미만인 경우에는, 결정립 미세화로 강도가 증가하여 조관 및 용접성이 저하될 수 있고, 냉각속도가 지나치게 높아져 판재의 형상 제어에 어려움이 있을 수 있다. 상기 권취온도가 600℃를 초과하는 경우에는, 충분한 강도 확보가 어렵고 표면 스케일을 제거하기 어려울 수 있다.
부식속도 평가
본 발명에서 사용한 부식속도는 하기와 같이 수행하였다. 부식속도를 위한 시험법은 KS D ISO 14993-금속 및 합금의 부식-염수 분무, 건습의 반복 사이클에 의한 가속 시험을 사용하였다. 부식용액은 중성 5% 염화나트륨 용액을 사용하였다. 시험의 1회 사이클은 염수 분무 2시간, 건조 4시간, 및 습윤 2시간이었고, 이를 120사이클 이상 실시하였다. 여기에서, 염수 분무 시 온도는 35±2℃의 조건이었고, 건조 시 온도는 60±2℃ 및 30% 이하의 상대 습도의 조건이었고, 습윤 시 온도는 50±2℃, 95% 이상의 상대 습도의 조건이었다. 부식속도는 "((부식 시험 전 시험편의 무게) - (부식 시험 후 부식층 제거 후 무게))/시험편 단면적"으로 산출하였다. 상기 부식층의 제거는 산성 용액에 침지하여 부식층 용해시켜 수행하였다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
표 1 및 표 2는 비교예들과 실시예들의 내부식성 고강도 열연강재의 조성 및 탄소 당량을 나타낸다. 표 1 및 표 2에서 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다. 각각의 성분의 함량 단위는 중량%이다.
구분 C Si Mn P S Al Nb
실시예1 0.061 0.41 1.02 0.0015 0.0009 0.027 0.031
실시예2 0.059 0.39 0.99 0.0018 0.0012 0.025 0.030
비교예1 0.058 0.40 1.03 0.0019 0.0010 0.021 0.031
비교예2 0.061 0.39 0.98 0.0027 0.0005 0.030 0.051
비교예3 0.062 0.35 1.02 0.0017 0.0011 0.023 0.030
비교예4 0.060 0.40 1.00 0.0029 0.0014 0.023 0.030
구분 V Ti Cr Ni Cu 탄소 당량
실시예1 0 0.032 1.00 0.104 0.30 0.458
실시예2 0 0.029 1.01 0.104 0.30 0.445
비교예1 0 0.028 1.02 0.102 0.31 0.453
비교예2 0 0 1.01 0.011 0.41 0.454
비교예3 0 0 0.40 0.010 0.41 0.340
비교예4 0 0 0.98 0.010 0.40 0.440
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예1, 실시예2 및 비교예1은 본 발명이 제시한 목표 성분 함량을 만족한다. 실시예에 비교하면, 비교예2 내지 비교예4는 모두 티타늄이 첨가되지 않았고, 니켈 함량이 낮은 상이점이 있다. 추가로, 비교예3은 크롬의 함량이 낮은 상이점이 있다.
표 3은 비교예와 실시예의 내부식성 고강도 열연강재를 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.
구분 재가열온도
(℃)		 압연종료 온도
(℃)		 냉각속도
(℃/초)		 권취온도
(℃)
실시예1 1200 856 22.3 551
실시예2 1200 859 24.5 576
비교예1 1200 849 22.3 515
비교예2 1200 861 21.9 556
비교예3 1200 882 11.2 662
비교예4 1200 805 12.6 566
표 3을 참조하면, 실시예1, 실시예2 및 비교예2는 본 발명이 제시한 공정조건을 만족한다. 비교예1은 압연종료 온도가 본 발명이 제시한 공정조건의 하한에 비하여 낮고, 권취온도가 본 발명이 제시한 공정조건의 하한에 비하여 낮은 상이점이 있다. 비교예3은 냉각속도가 본 발명이 제시한 공정조건의 하한에 비하여 낮고, 권취온도가 본 발명이 제시한 공정조건의 상한에 비하여 높은 상이점이 있다. 비교예4는 압연종료 온도가 본 발명이 제시한 공정조건의 하한에 비하여 낮은 상이점이 있다.
표 4는 상기 제조된 내부식성 고강도 열연강재에 대한 항복강도(YS), 인장강도(TS), 연신율(EL), -20℃에서의 저온 충격 인성 및 상대 부식속도(일반구조용 탄소강 대비)를 나타낸다.
구분 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 저온충격인성
(J@-20 ℃)		 상대부식속도
(%)
목표 480 이상 630 이상 23 이상 100 이상 60 이하
실시예1 606 739 26 200 53
실시예2 711 546 23 109 56
비교예1 745 628 20 65 59
비교예2 488 683 30 111 64
비교예3 451 562 35 351 64
비교예4 518 627 31 368 84
표 4를 참조하면, 실시예1 및 실시예2는 항복강도, 인장강도, 연신율, 저온 충격 인성 및 상대 부식속도가 본 발명이 제시한 범위를 만족한다.
비교예1은 압연종료 온도 및 권취온도가 낮아 연신율 및 저온충격인성이 본 발명이 제시한 범위를 만족하지 못하였다.
비교예2는 내식성 향상 원소인 니켈이 적게 첨가되어 상대 부식속도가 본 발명이 제시한 범위를 만족하지 못하였다.
비교예 3은 내식성 향상 원소인 크롬과 니켈이 적게 첨가되어 상대 부식속도가 본 발명이 제시한 범위를 만족하지 못하였다. 또한, 석출경화형 원소인 티타늄이 첨가되지 않고 권취온도가 냉각 속도가 느려 항복강도 및 인장강도가 본 발명이 제시한 범위를 만족하지 못하였다.
비교예 4는 내식성 향상 원소인 니켈이 적게 첨가되어 상대 부식속도가 본 발명이 제시한 범위를 만족하지 못하였다. 석출경화형 원소인 티타늄이 첨가되지 않아 인장강도가 본 발명이 제시한 범위를 만족하지 못하였으나, 압연종료온도가 낮아 항복강도는 본 발명이 제시한 범위를 만족하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부식성 고강도 열연강재의 제조방법을 이용하여 제조한 실시예의 미세조직을 나타내는 현미경 사진이다.
도 2를 참조하면, 실시예는 폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트가 혼합된 혼합조직을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%, 티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%, 크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%, 니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%, 구리(Cu): 0.2% ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는,
    내부식성 고강도 열연강재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부식성 고강도 열연강재의 탄소 당량(Ceq)은 0.5 이하인,
    (여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임)
    내부식성 고강도 열연강재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 니켈:구리의 함량 비율은 1:2 내지 1:4인,
    내부식성 고강도 열연강재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부식성 고강도 열연강재는,
    항복강도(YP): 480 MPa 이상, 인장강도(TS): 630 MPa 이상, 및 연신율(El): 23% 이상, 및 저온 충격 인성(CVN): -20℃에서 100J 이상을 만족하는,
    내부식성 고강도 열연강재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부식성 고강도 열연강재는,
    폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트가 혼합된 혼합조직을 가지는,
    내부식성 고강도 열연강재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부식성 고강도 열연강재는,
    일반 구조용 탄소강 대비 60% 이하의 상대 부식속도를 가지는,
    내부식성 고강도 열연강재.
  7. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.10%, 실리콘(Si): 0.3% ~ 0.6%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.10%, 티타늄(Ti): 0.02% ~ 0.10%, 크롬(Cr): 0.5% ~ 1.0%, 니켈(Ni): 0.05% ~ 0.25%, 구리(Cu): 0.2% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,170℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 가열된 강재를 850℃ ~ 910℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 강재를 15℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계; 및
    상기 열간압연된 강재를 540℃ ~ 600℃의 온도에서 권취하는 단계;를 포함하는,
    내부식성 고강도 열연강재의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 권취하는 단계를 수행한 후 제조된 상기 내부식성 고강도 열연강재는,
    항복강도(YP): 480 MPa 이상, 인장강도(TS): 630 MPa 이상, 및 연신율(El): 23% 이상, 및 저온 충격 인성(CVN): -20℃에서 100J 이상을 만족하고,
    폴리고날 페라이트와 침상형 페라이트가 혼합된 혼합조직을 가지고,
    일반 구조용 탄소강 대비 60% 이하의 상대 부식속도를 가지는,
    내부식성 고강도 열연강재의 제조방법.
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