KR20140108431A - 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
종래의 50Kg급의 압력용기용 강재들이 장시간의 PWHT 이후에 인장 재질 및 저온인성이 떨어지는 특성을 개선하여 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지 : 100 J 이상을 갖는 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 SRT(Slab reheating temperature) : 1125 ~ 1175℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 850 ~ 900℃로 마무리 압연하는 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강을 850 ~ 900℃로 노멀라이징을 실시하는 단계; 및 상기 노멀라이징이 실시된 강을 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 SRT(Slab reheating temperature) : 1125 ~ 1175℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 850 ~ 900℃로 마무리 압연하는 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강을 850 ~ 900℃로 노멀라이징을 실시하는 단계; 및 상기 노멀라이징이 실시된 강을 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 강판 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노멀라이징(Normalizing) 열처리를 통해 균일하고 미세한 조직을 형성시킴으로써, 인장강도 및 저온인성을 향상시킨 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
원유, 에틸렌, LPG 등의 비축용 탱크나 해양 구조물이란 용접 구조물을 제조할 때에는, 용접부의 잔류 응력을 저감시키기 위해, 600℃ 정도에서 수시간 유지하는 PWHT(Post Weld Heat Treatment)처리가 행해지는 경우가 있다. PWHT 처리는, 대상물을 고온에서 장시간 유지하기 때문에 마이크로 조직이 파괴되어, PWHT 처리 후에 강도 저하가 생기는 경우가 있다. 특히, 산소량을 저감시킨 강재에서는 PWHT 후의 강도 저하가 문제가 되었다.
특히, 현재 압력용기용 강재로 가장 많이 사용되고 있는 50Kg급 강재들은 강도나 -50℃ 이하의 저온에서 충격보증이 어려운 실정이었다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0128999호(2006.12.14. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 고장력 강판의 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 종래의 50Kg급의 압력용기용 강재들이 장시간의 PWHT 처리 이후에 인장 재질 및 저온인성이 떨어지는 문제점을 노멀라이징을 실시하여 조직을 미세화하고 인성을 부여함으로써, 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -50℃에서 샤르피 충격 에너지 : 100 J 이상을 갖는 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 SRT(Slab reheating temperature) : 1125 ~ 1175℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 850 ~ 900℃로 마무리 압연하는 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강을 850 ~ 900℃로 노멀라이징을 실시하는 단계; 및 상기 노멀라이징이 실시된 강을 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 강판은 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상 및 연신율(EL) : 22% 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강판 및 그 제조 방법은 인(P) 및 황(S)의 첨가를 최소한으로 조절하고 니켈(Ni), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 등의 합금을 첨가하여 강도와 충격치를 강화시키며, 오스테나이트 결정입도를 미세하게 제어한 후 압연한 강판에 노멀라이징을 실시함으로써 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지 : 100 J 이상의 값을 가지는 강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 공정 시 노멀라이징을 실시했을 경우 샤르피 충격 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 공정 시 PWHT 처리를 실시했을 경우 샤르피 충격 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 공정 시 노멀라이징을 실시했을 경우 샤르피 충격 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 공정 시 PWHT 처리를 실시했을 경우 샤르피 충격 에너지를 나타낸 그래프이다.
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 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
강재
본 발명에 따른 강판은 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지 : 100 J 이상을 갖는 것을 목표로 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 강재는 강재는 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 보론(B) : 0.00005 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0.01 중량% 이하 및 주석(Sn) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
본 발명에서 탄소(C)는 강도를 확보하기 위해 첨가된다.
탄소(C)는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.14 ~ 0.18 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.14 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.18 중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 저온 충격인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(Si)
본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강재 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 갖는다.
실리콘(Si)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.30 ~ 0.40 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.30 중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.40 중량%를 초과할 경우에는 인성 및 용접성이 저하되고, 강 중 산화개재물이 증가하여 저온인성 및 수소유기균열 저항성을 저하시킬 수 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간(Mn)의 첨가는 탄소(C)의 첨가보다도 강도 상승 시, 연성의 저하가 적다.
망간(Mn)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 1.4 ~ 1.6 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.4 중량% 미만일 경우에는 탄소(C) 함량이 높아도 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.6 중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속개재물의 양이 증가하는 데 기인하여 용접 시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있다.
인(P), 황(S)
인(P)은 제조시 불가피하게 함유되는 불순물로써, 강 중에 포함되어 용접성 및 인성을 저하시키고 응고시 슬라브 중심부 및 오스테나이트 결정립계에 편석되는 문제점이 있으므로, 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 강재 전체 중량의 0.002 중량% 이하로 제한하였다.
황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 망간과 반응하여 MnS를 형성하여 저온 충격인성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 강재 전체 중량의 0.0005 중량% 이하로 제한하였다.
가용성 알루미늄(S_Al)
가용성 알루미늄(S_Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
상기 가용성 알루미늄(S_Al)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 강재 전체 중량의 0.01 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 상기의 탈산 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 강재 전체 중량의 0.05 중량%를 초과할 경우에는 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨리며, Al2O3와 같은 피닝효과를 일으키는 화합물을 형성하여 오스테나이트 결정입자를 미세화시키는 요인으로 작용한다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 강의 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한, 구리(Cu)는 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강의 고용강화 효과에 기여한다.
구리(Cu)는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.10 ~ 0.20 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 구리(Cu)의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우에는 구리의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.20 중량%를 초과할 경우에는 열간압연시 표면에 균열을 유발시켜 표면품질을 저하시키는 문제점이 있다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연 시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강의 강도와 저온인성을 향상시킨다.
니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.010 ~ 0.020 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.010 중량% 미만일 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.020 중량%를 초과할 경우에는 니오븀을 포함한 조대한 2차상들이 생성되어 수소유기균열 발생의 기점으로 작용하는 문제점이 있다.
니켈(Ni)
니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히, 니켈(Ni)은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.
니켈(Ni)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.15 ~ 0.25 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우에는 니켈 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.25 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 적열취성을 유발하는 문제가 있다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 강도를 확보하기 위해 첨가되는 유효한 원소이다.
크롬(Cr)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.10 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우에는 용접성이나 열영향부(HAZ) 인성을 저하시키는 문제점이 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 강의 강도와 인성의 향상 및 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다.
몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.008 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.008 중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 결정립계에 피닝(pinning)으로 작용하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.
바나듐(V)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.005 ~ 0.015 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 바나듐(V)의 함량이 0.005 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 바나듐(V)의 함량이 0.015 중량%를 초과할 경우에는 조대한 바나듐 석출물이 형성되어 저온 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.
보론(B)
보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 인(P)의 편석을 막아 강도를 향상시키는 역할을 한다. 만일, 인(P)의 편석이 발생할 경우에는 2차 가공취성이 발생할 수 있으므로, 보론(B)을 첨가하여 인(P)의 편석을 막아 가공취성에 대한 저항성을 증가시킨다.
보론(B)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.00005 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 보론(B)의 함량이 0.0005 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 보론 산화물의 형성으로 강의 표면 품질을 저해하는 문제를 유발할 수 있다.
티타늄(Ti)
티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접 시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시켜 강의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.
티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.01 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.
주석(Sn)
주석(Sn)은 강의 부식 촉진 작용을 억제하하고 내식성을 향상시킬 수 있다..
주석(Sn)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.015 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 주석(Sn)의 함량이 전체 중량의 0.015 중량%를 초과할 경우에는 Sn을 함유하는 강의 경우에는, 구리와 반응하여 강의 내식성을 저하시키며 압연 균열의 원인이 된다.
강재 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저온인성이 우수한 강재 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 강재 제조 방법은 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 노멀라이징 단계(S130) 및 냉각 단계(S140)를 포함한다. 이때, 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 재가열 단계(S110)를 실시하는 것이 더 바람직하다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 강 슬라브는 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 보론(B) : 0.00005 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0.01 중량% 이하 및 주석(Sn) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
재가열
재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브를 1125 ~ 1175℃로 재가열한다. 상기 조성을 갖는 슬라브는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 재가열시 확산에 의하여 슬라브상에 존재하는 망간(Mn)과 인(P) 편석부가 완화된다. 또한 니오븀(Nb)을 충분히 고용시킴으로써 피닝효과(Pinning effect)를 이용하여 오스테나이트 결정입자를 미세하게 제어할 수 있다.
재가열 온도가 1125℃ 미만일 경우에는 편석이 충분히 확산되지 못하여 저온인성 및 수소유기균열 저항성을 해치게 된다. 반대로, 재가열 온도가 1175℃를 초과할 경우에는 오스테나이트의 결정립 크기가 증가하므로 저온인성이 나빠지는 문제점이 있다.
또한, 강중에 내재해 있는 가스를 제거하기 위해서 RH(진공탈가스처리)를 2 Torr 이하의 진공에서 15분 이상 실시한다. 이때, RH 처리에 의해 황(S) : 0.0005 중량% 이하로 성분 조정하는 것이 바람직하다.
열간 압연
열간압연 단계(S120)에서는 가열로에서 재가열된 슬라브를 열간압연한다.
열간압연 단계(S120)는 강압하 조건으로 실시함으로써, 우수한 표면품질의 강판을 얻을 수 있다.
또한, 마무리 압연온도(Finish Rolling Temperature : FRT)는 850 ~ 900℃로 실시하는 것이 바람직하다. 마무리 압연온도(FRT)가 850℃ 미만일 경우에는 이상역 압연에 따른 인성 열화 및 항복비가 높아질 수 있다. 반대로, 마무리 압연온도(FRT)가 900℃를 초과할 경우에는 재결정 및 결정립 조대화로 인하여 강도 및 인성 확보가 어렵다.
목표 두께만큼 열간압연이 완료된 강판은 상온에서 공랭을 실시하는 것이 바람직하다.
노멀라이징 단계
노멀라이징 단계(S130)에서는 오스테나이트로 상변태가 일어나고 이때 재결정에 의하여 오스테나이트 결정립이 미세화되므로 노멀라이징 처리에 의한 결정립미세화에 의해 저온인성이 향상된다.
노멀라이징 처리 시 강판의 모든 부위에서 오스테나이트 변태가 일어날 수 있도록 850 ~ 900℃의 온도범위에서 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 노멀라이징을 850℃미만의 온도에서 실시하면 결정립 미세화의 효과를 충분히 보기 힘들다. 반대로, 노멀라이징을 900℃를 초과하는 온도에서 실시하면 오스테나이트 변태 후 오스테나이트 결정립이 성장하므로 오히려 저온인성을 저해할 수 있다.
노멀라이징 시 강판의 중심부까지 오스테나이트 변태가 완전히 일어날 수 있는 시간이 필요하며 그 시간은 강판의 두께에 따라 변화하므로 노멀라이징 시간은 1.4*t+10분 ~ 1.8*t+10분(단, 여기서 t는 강판의 두께이며, 단위(mm)는 생략하고 대입함)인 것이 바람직하다. 상기 기준 시간보다 적은 시간으로 노멀라이징을 실시할 경우 조직의 균질화가 어렵고, 반대로, 상기 기준 시간을 초과하여 노멀라이징을 실시할 경우는 더 이상의 효과는 얻을 수 없고 생산성을 해칠 수 있다.
냉각 단계
냉각 단계(S140)에서는 노멀라이징된 강판을 상온에서 공랭을 통하여 350 ~ 450℃까지 냉각을 실시한다.
냉각종료온도가 350℃ 미만일 경우에는 저온변태조직이 다량 형성되어 저온 인성이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 냉각종료온도가 450℃를 초과할 경우에는 조대한 미세조직의 형성으로 인해 충분한 강도 확보가 어렵다.
상기한 제조 방법을 통해 형성되는 강판은 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지 : 100 J 이상을 가질 수 있다.
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. 시편 제조
표 1과 2에 기재된 조성 및 표 3에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시편을 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
[표 2] (단위 : 중량%)
[표 3]
2. 기계적 물성 평가
표 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 4]
표 1 ~ 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들은 본 발명의 목표값에 해당하는 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지 : 100 J 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
반면, 실시예 1과 비교하여 황(S) 및 인(P)이 다량으로 첨가되고, 슬라브 재가열이 본 발명에서 제시하는 온도의 범위를 초과하며, 노멀라이징 온도 또한 본 발명의 온도 범위를 초과한 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 오스테나이트 결정립이 과도하게 성장함으로써, 항복강도(YP)는 목표값을 만족하나 인장강도(TS), 연신율(EL) 및 샤르피 충격 에너지가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 비교하여 니오븀(Nb)이 적게 첨가되며, 노멀라이징 실시 온도가 본 발명에서 제시하는 범위에 미달한 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우는 오스테나이트 결정립의 미세화가 충분히 이루어지지 못함으로써, 인장강도(TS)는 목표값을 만족하였으나, 항복강도(YP), 연신율(EL) 및 샤르피 충격 에너지가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 비교하여 니켈(Ni) 및 바나듐(V)을 미첨가하고 경압하 연주를 실시하지 않은 비교예 3에 따라 제조된 시편의 경우 니켈(Ni) 및 바나듐(V)의 미첨가로 강도와 충격치를 확보하지 못하여 연신율(EL)은 목표값을 만족하였으나, 항복강도(YP), 인장강도(TS) 및 샤르피 충격 에너지가 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.
3. PWHT 실시 시간에 따른 기계적 물성 평가
실시예 1에 따른 강판으로 노멀라이징을 실시한 후, PWHT 처리 시간을 각각 다르게 실시하여, 이에 따른 강판의 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 5]
표 5를 참조하면, 노멀라이징을 실시한 후, PWHT 처리를 더 실시한 시간의 변화에 따른 기계적 물성 변화를 알 수 있다. PWHT 처리 시간이 길어질수록 강판의 항복강도 및 인장강도가 저하되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이 노멀라이징 온도를 최적화함으로써 균일하고 미세한 조직을 형성할 수 있다. 이에 따라, 강도와 더불어 저온에서도 우수한 인성을 갖는 압력용기용 강판을 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 공정 시 노멀라이징을 실시했을 경우 샤르피 충격 에너지를 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 공정 시 PWHT 처리를 실시했을 경우 샤르피 충격 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, PWHT 처리를 실시했을 경우 강판의 샤르피 충격 에너지는 낮은 온도에서 샤르피 충격 에너지가 급격하게 저하되는 것을 알 수 있다. 반면에 노멀라이징을 처리한 강판은 온도가 낮아져도 PWHT 처리에 비해 충격 에너지의 급격한 저하가 없다.
보다 상세하게는, PWHT 처리를 한 강판은 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지는 92 J인 반면에, 노멀라이징을 실시한 강판은 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지는 103 J인 것을 알 수 있다.
따라서, PWHT 처리를 실시하는 종래의 압력용기용 강판 제조 방법에 비해 본 발명에 따른 노멀라이징을 실시하는 압력용기용 강판 제조 방법을 실시할 경우, 저온에서도 우수한 인성을 갖는 강판을 제조할 수 있다.
지금까지 살펴온 바와 같이, 본 발명에 따른 강판 제조 방법에 따라 황(S) 함량을 극저로 관리하고 RH와 경압하 연주를 통해 우수한 품질의 반제품 슬라브를 제조한 후, 노멀라이징 열처리를 통해 균일하고 미세한 조직을 형성시킴으로써 강도와 더불어 저온에서도 우수한 인성을 갖는 강판을 제조 할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따라 제조된 강판은 인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상, 연신율(EL) : 22% 이상 및 -50℃에서의 샤르피 충격 에너지 : 100 J 이상을 가질 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 : 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 노멀라이징 단계
S140 : 냉각 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 노멀라이징 단계
S140 : 냉각 단계
Claims (8)
- (a) 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 SRT(Slab reheating temperature) : 1125 ~ 1175℃로 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 슬라브를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 850 ~ 900℃로 마무리 압연하는 열간압연하는 단계;
(c) 상기 열간압연된 강을 850 ~ 900℃로 노멀라이징을 실시하는 단계; 및
(c) 상기 노멀라이징이 실시된 강을 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 강슬라브는
보론(B) : 0.00005 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0.01 중량% 이하 및 주석(Sn) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 강 슬라브를 RH 2 Torr 이하로 15분 이상 처리하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
경압하 조건에서 상기 열간압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 노멀라이징은
1.4*t+10분 ~ 1.8*t+10분(단, 여기서 t는 강판의 두께이며, 단위는 mm임)동안 실시하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
- 탄소(C) : 0.14 ~ 0.18 중량%, 실리콘(Si) : 0.30 ~ 0.40 중량%, 망간(Mn) : 1.4 ~ 1.6 중량%, 인(P) : 0.002 중량% 이하, 황(S) : 0.0005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al) : 0.01 ~ 0.05 중량%, 구리(Cu) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 니오븀(Nb) : 0.010 ~ 0.020 중량%, 니켈(Ni) : 0.15 ~ 0.25 중량%, 크롬(Cr) : 0.10 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.08 중량% 이하, 바나듐(V) : 0.005 ~ 0.015 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
인장강도(TS) : 500 MPa 이상, 항복강도(YP) : 345 MPa 이상 및 연신율(EL) : 22% 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 강판.
- 제6항에 있어서,
상기 강판은
보론(B) : 0.00005 중량% 이하, 티타늄(Ti) : 0.01 중량% 이하 및 주석(Sn) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 강판.
- 제6항에 있어서,
상기 강판은
-50℃에서의 샤르피 충격 에너지가 100 J 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 강판.
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