KR101125895B1

KR101125895B1 - 인성이 우수한 고강도 해변용 내후성강의 제조방법

Info

Publication number: KR101125895B1
Application number: KR1020040098152A
Authority: KR
Inventors: 엄경근; 정의경; 최종교; 이재상
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2012-06-12
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: KR20060059273A

Abstract

본 발명은 우수한 인성과 강도를 나타내는 해변용 내후성 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온에서도 취성파괴를 일으키기 않으며 염소이온의 농도가 높은 부식환경하에서 우수한 내식성을 갖는 인성과 내식성이 우수한 고강도 내후성 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cu: 0.2~1.0%, Ni: 0.2~5.0%, Al: 0.001~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.002~0.03%, Ca: 0.001~0.01%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 성분중에서 Ca, S, Al, Si이 하기 관계식1,

[관계식1]

Ca(%)/S(%) > [1.5Al(%)+2Si(%)]

을 만족하며, 강중 Ca계 비금속개재물중 수용성 CaS 개재물의 분율이 30% 이상인 해변 내후성이 우수한 강재를, 오스테나이트 미재결정영역 이하에서의 누적압하율이 30% 이상 되도록 열간압연한 후 냉각하는 것을 특징으로 한다.

고강도, 고인성, 내후성, 압하율, 오스테나이트 재결정온도

Description

인성이 우수한 고강도 해변용 내후성강의 제조방법{PRODUCING METHOD OF WEATHER RESISTABLE STEEL HAVING EXCELLENT TOUGHNESS AND HIGH STRENGTH FOR USING AT THE SEASIDE ATMOSPHERE}

도 1은 본 발명의 해변용 내후성강에 대한 오스테나이트 미재결정온도 이하에서의 압하율에 따른 인장강도와 항복강도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명의 해변용 내후성강에 대한 오스테나이트 미재결정온도 이하에서의 압하율에 따른 충격천이온도(DBTT)의 변화를 나타낸 그래프이다.

종래의 내후성강은 Cu, Cr, P 등의 원소를 미량 함유하고, 일반강에 비하여 4~8배의 대기부식 저항성을 갖는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 내후성강이 일반강에 비하여 우수한 부식저항을 갖는 이유는 내후성강이 대기에 노출된 초기기간 동안에는 일반강과 유사하게 녹이 발생하여 유출되거나 박리되지만, 기간이 경과함에 따라 그 녹의 일부가 서서히 모재에 밀착되어 치밀한 안정녹을 형성하게 되고, 이에 따라 그 녹층이 부식환경에 대하여 보호막으로 작용하기 때문이다. 이처럼 부식환경에 대한 보호막으로 작용할 수 있는 안정녹은 비정질 구조를 갖는 수산화철(FeOOH)나 α-수산화철(α-FeOOH)로 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 내후성강은 일반적인 대기부식 환경, 즉 전원지대나 SO₂를 함유하고 있는 공장지대 등에서는 3년 이상의 장기간이 경과한 후 우수한 내식성을 나타내는 것으로 알려져 있으나, 비교적 염소이온의 농도가 높은 해안지대나 동결방지제인 염화나트륨이 살포된 지역에서는 시간이 경과하더라도 일반강과 큰 차이를 보이지 않는다. 그 이유는 강재표면에 부착된 염소이온이 강재표면에 형성되는 수막의 산성화를 조장하여 강재의 전체적인 부식속도를 증가시키고 안정녹 형성을 방해할 뿐만 아니라 β-FeOOH와 같은 결함이 많은 부식생성물을 형성시키기 때문이다. 따라서, 염소이온의 농도가 높은 해안지역이나 염화나트륨이 살포된 지역에서 내후성을 향상시키기 위해서는 β-FeOOH의 형성을 억제하고 치밀한 구조를 갖는 α-FeOOH를 형성시킴으로써 완전한 부동태 피막을 형성시켜야 한다.

대기폭로시 형성되는 녹층의 구조는 부식환경에 따라 영향을 받게 되며, 부식환경 즉 강재표면에 형성되는 수막의 pH가 높을수록 β-FeOOH의 형성이 억제되고 α-FeOOH의 형성이 촉진된다. 그러나, 실제로 대기환경의 제어에 의한 pH의 제어는 매우 어렵기 때문에 강재에 염기성 원소를 첨가하여 강재표면에 형성되는 수막의 pH를 높이려는 시도가 이루어지고 있다.

Ca, Mg와 같은 염기성 원소를 첨가하여 강재표면의 pH를 높임으로써 내후성을 증가시키는 종래기술의 예로는 일본 공개특허공보 평2-125839호와 평5-51668호가 있다. 상기 일본 공개특허공보 평2-125839호는 강에 Ca을 첨가하여 (Al, Ca)O 복합산화물을 형성함으로써 내후성을 향상시키는 방법을 제시하고 있으며, 상기 일본 공개특허공보 평5-51668호는 평균입경 1㎛ 이하의 CaO입자와 평균입경 200㎛ 이하의 철분을 혼련한 예비처리분말을 첨가함으로써 강표면의 pH를 증가시키는 방법을 제시하고 있다.

상기 종래기술중 일본 공개특허공보 평2-125839호에서 Ca를 첨가함에 따라 생성되는 개재물은 CaO 단독산화물이 아니라 Ca계 복합산화물로 구성되며, 평5-51668호에서와 같이 CaO형태로 직접 투입하더라도 투입된 CaO는 용강내에 존재하는 Al₂O₃와 SiO₂ 등의 다른 산화물과 쉽게 반응하여 액상개재물인 (Al, Si, Ca)O, CaO-2Al₂O₃, CaO-6Al₂O₃와 같은 화합물로 존재하게 된다. 본 발명자가 이들 종래기술에 대하여 조사한 결과, Ca계 복합산화물은 물에 용해되지 않으므로 강재표면의 pH 상승에 크게 기여하지 못하고, 따라서 내후성 향상효과는 미미하였다.

또한, 이와 관련하여 본 발명자도 용강중에 Ca-Si 와이어를 첨가하여 강중에 Ca계 복합유화물과 Ca계 복합산화물을 형성하여 강재표면의 pH를 증가시켜 내후성을 향상시키는 기술인 대한민국 공개특허공보 2002-25571호를 제시한 바 있다. 그 러나, 상기 종래기술에서는 Ca-Si 첨가에 의해 Ca계 복합산화물과 Ca계 복합유화물로 조성된 강중 개재물을 형성할 수는 있으나, 이들 각 개재물들의 분율을 확인해보면 거의 대부분인 95%정도가 Ca계 복합산화물로 존재하여 강재표면의 pH증가에 미치는 영향이 미미하여 내후성의 향상에 크게 기여하지 못하였다.

또한, 상기의 내후성강이 저온에서 사용될 경우에는 내후성과 함께 저온에서도 취성파괴를 일으키지 않는 저온인성을 동시에 요구하고 있으며, 내후성강의 주된 용도가 교량, 구조물 등이므로 점차로 고강도화가 요구되는 추세이다. 즉, 강이 한랭지 또는 겨울에 사용될 경우에는 동결방지제인 염화칼슘 등이 다량 사용되고 이로 인하여 부식성 환경에 노출될 우려가 있으며, 강이 저온에서 취성파괴를 일으키기 시작하는 충격 천이온도(DBTT)를 가능한 한 낮추어야 할 필요가 있으며, 구조물의 경량화에 대한 요구로 인하여 고강도화를 이루어야 할 필요가 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 인장강도 45kgf/mm² 이상, 충격천이온도 -50℃이하로 고강도와 고인성을 모두 만족시키는 해변용 내후성강을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중량%로, C: 0.15% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cu: 0.2~1.0%, Ni: 0.2~5.0%, Al: 0.001~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.002~0.03%, Ca: 0.001~0.01%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 성분중에서 Ca, S, Al, Si이 하기 관계식1,

[관계식1]

Ca(%)/S(%) > [1.5Al(%)+2Si(%)]

이때, 상기 강재는, Ti: 0.005~0.1%, Mo: 0.01~1.0% 및 W: 0.01~1.0%으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 특징적인 구성에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 해변 또는 동결방지제가 다량 살포되는 한랭지 등 염소이온 높은 환경하에서 사용되는 해변 내후성용 강조성으로 본 발명의 출원인이 이미 출원한 대한민국 특허출원 제???호에 기재된 강조성과 그 특징을 그대로 이용한다.

우선, 본 발명에서 강의 해변용 내후성을 확보하기 위한 구체적인 기구(mechanism)에 대하여 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 내후성강은 γ-FeOOH나 Fe₃O₄와 같은 녹층이 초기에 형성되며, 이들 녹층은 유출 및 박리되므로 내후성을 열화시킬 뿐만 아니라 초기 경관이 좋지 않다. 특히, 비례염분량이 높은 해안지대에서는 이들 녹층 이외에 내후성에 보다 나쁜 β-FeOOH도 생성되므로 내후성 및 초기 경관을 보다 해치게 된다. 그러나 강재표면의 pH가 높아지면 β-FeOOH, γ-FeOOH, Fe₃O₄와 같은 녹층의 형성은 억제되고 내후성 향상에 기여할 수 있는 안정녹인 α-FeOOH의 형성이 조장된다.

이러한 이유로 종래에는 초기 강재표면의 pH를 상승시키고자 강재에 Ca을 첨가하였다. 그러나, 상기와 같이 용강중에 Ca을 첨가할 경우, 첨가된 Ca은 수용액의 pH를 상승시키는 수용성의 CaO나 CaS를 형성하는 것이 아니라 강중에 존재하는 Si, Al, O와 반응하여 (Al, Si, Ca)O 형태의 복합산화물(90% 이상)을 형성하게 된다. 또한 이들 개재물은 크기가 3㎛ 이상으로 크고, 그 분포 또한 균일하게 나타나지 않는다. 더욱이 이와 같이 형성된 복합산화물은 물에 용해되지 않으므로 강재표면의 pH를 상승시키는데 아무런 기여도 하지 못한다.

따라서 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과 강재내 개재물 형성에 영향을 미치는 Ca, S, Al, Si 등의 성분을 최적화함과 아울러, Ca 투입방법을 최적화하여 제강공정시 개재물중 Ca계 복합산화물을 부상분리함으로써 최종 제품내 Ca계 비금속개재물중 수용성 CaS 개재물의 분율이 30% 이상인 내후성이 우수한 내후성 강재를 제조하게 되었다.

이하, 본 발명의 내후성 강재의 조성 설정이유에 대하여 설명한다.

C: 0.15중량% 이하

상기 C는 강도를 향상시키기 위해 첨가되는 원소로 그 함량을 증가시키면 소입성을 향상시켜 강도를 향상시킬 수 있지만, 0.15중량%를 초과하면 용접성을 해치므로, 그 함량을 0.15중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 1.0중량% 이하

상기 Si는 탈산제로 작용할 뿐만 아니라 강의 강도를 증가시키는 역할을 하는 성분이다. 상기 Si의 함량이 1.0중량%를 초과하면 인성 및 용접성을 저해하고 Ca와 반응하여 물에 용해되지 않는 복합산화물을 형성하여 Ca첨가에 따른 내후성 증가 효과를 감소시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 1.0중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 2.0중량% 이하

상기 Mn은 인성을 저하시키지 않으면서 강도를 상승시키는데 유효한 성분으로, 함량이 증가하면 소입성이 증가하여 강도가 증가되나 2.0중량%를 초과하여 첨가되면 용접성이 저하되는 문제점이 있으므로, 그 함량을 2.0중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Cu: 0.2~1.0중량%

상기 Cu는 녹층입자의 미세화 및 치밀화를 유도하여 강의 내후성을 향상시키는데 유효한 성분이다. 상기 Cu의 함량이 0.2중량% 미만이면 상기 내후성 향상 효과를 기대하기 어렵고, 1.0중량%를 초과하면 내후성 향상 효과가 포화될 뿐만 아니라 압연을 위한 슬라브 재가열시 융점이 낮은 Cu가 강의 입계에 침투하여 열간가공시 크랙이 발생하는 문제점이 발생할 수 있으므로, 그 함량을 0.2~1.0중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ni: 0.2~5.0중량%

상기 Ni은 내후성 향상에 기여하는 중요한 원소의 하나로서, Ni이 첨가되면 비정질 녹층 또는 α-FeOOH 녹층이 미세화 및 치밀화되어 녹층을 통한 물질의 투과를 억제시키므로 내후성의 향상에 기여하고 특히 비례염분량이 높은 해안지역에서의 내후성 향상에 효과적이다. 상기 Ni의 함량이 0.2중량% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 5.0중량%를 초과하면 내후성 향상 효과가 포화될 뿐만 아니라 고가의 Ni을 다량으로 첨가함에 따라 제조비용이 상승하는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.2~5.0중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Al: 0.001~0.1중량%

상기 Al은 제강시 탈산을 위하여 필수적으로 첨가되는 원소로서, 충격흡수에너지를 개선시키지만 Si과 마찬가지로 Ca와 반응하여 물에 용해되지 않는 복합산화 물을 형성하기 때문에 Ca의 내후성 향상 효과를 저해시키는 원인이 된다. 상기 Al의 함량이 0.001중량% 미만이면 탈산이 충분히 이루어지지 않으며, 0.1중량%를 초과하면 오히려 충격인성을 저해시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.001~0.1중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.03중량% 이하

상기 P는 강중에 존재시 수용액중에서 PO₄ ^3-이온을 형성하여 녹층의 양이온 선택 투과성을 증대시킴으로써, 염소이온이 녹층투과를 억제하여 내후성을 향상 시키는데 유효한 성분이다. 그러나, 그 함량이 0.03중량%를 초과하여 첨가되면 용접성이 현저히 저하될 뿐만 아니라 인성이 열화되므로, 그 함량을 0.03중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S: 0.002~0.03중량%

상기 S는 일반적으로 Mn과 반응하여 MnS를 형성함으로써 부식의 기점으로 작용하지만, 본 발명과 같이 Ca을 첨가시 Ca와 반응하여 수용액에 용해되어 pH를 상승시킬 수 있는 CaS를 형성함으로써 내후성의 향상에 기여하게 된다. 이러한 CaS에 의한 pH 상승효과를 얻기 위해서는 최소한 0.002중량% 이상 첨가하여야 하나, 그 함량이 0.03중량%를 초과하면 충격인성 및 용접성을 열화시키는 문제점이 있다. 따라서, 그 함량을 0.002~0.03중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ca: 0.001~0.01중량%

상기 Ca는 용강중에서 Al, Si, O와 반응하여 (Al, Si, Ca)O 형태의 복합산화물을 형성하고 이어 S와 반응하여 CaS를 형성한다. 상기 조대한 복합산화물은 pH 상승에 전혀 기여를 하지 못해 내후성 향상에 아무런 영향을 미치지 못할 뿐만 아니라 오히려 충격인성을 저해시킨다. 그러나, 미세한 CaS 개재물은 물에 용해되어 강재표면의 pH를 상승시킴으로써 안정녹 형성을 촉진하여 내후성 향상에 기여한다. 상기 Ca가 이렇게 CaS 형성에 의한 내후성 향상효과를 기대하기 위해서는 최소한 0.001중량% 이상 첨가되어야 하나, 0.01중량%를 초과하면 제강공정시 내화물의 용손을 야기하는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.001~0.01중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기한 성분 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에서 상기한 성분에 Ti, Mo 및 W으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 추가로 첨가한다면 보다 우수한 내후성을 확보하는 것이 가능하다.

Ti: 0.005~0.1중량%

상기 Ti는 강중에서 미세한 산화물과 질화물을 형성하고 이들은 융점이 높아 압연시 재가열온도 이상에서도 용해되지 않음으로써 피닝(pinning)효과에 의한 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여 충격인성 향상에 기여한다. 또한, 미세한 Ti 산화물은 Ca과 반응할 수 있는 기점으로 작용하여 개재물의 미세한 분포를 유도한다. 상기 Ti의 함량이 0.005중량% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 0.1중량%를 초과하면 고용된 Ti 양이 증가하여 모재와 용접부의 인성을 저해시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.005~0.1중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.01~1.0중량%

상기 Mo는 수용액내에서 MoO₄ ^2-이온을 형성하여 염소이온의 투과를 억제시킴으로써 해변 내후성을 향상시킬 뿐만 아니라 강도향상에도 유효한 성분이다. 상기 Mo의 함량이 0.01중량% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 1.0중량%를 초과하면 그 효과가 포화되므로, 그 함량을 0.01~1.0중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

W: 0.01~1.0중량%

상기 W는 Mo와 마찬가지로 수용액내에서 WO₄ ^2-이온을 형성하여 녹층을 통과하는 염소이온의 투과를 억제시킴으로써 해변 내후성을 향상시키는데 유효한 성분이 다. 상기 W의 함량이 0.01중량% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 1.0중량%를 초과하면 그 효과가 포화되므로, 그 함량을 0.01~1.0중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기의 적절한 강조성에 덧붙여 안정녹인 α-FeOOH의 형성을 위하여 적절한 조성의 개재물을 형성시킬 필요가 있다. 본 발명에서 형성시키고자 하는 개재물은 상술한 바와 같이 CaS 계 개재물인데, Ca는 내후성 향상에 기여하는 CaS를 형성할 뿐만 아니라 내후성 향상에 도움이 되지 않는 복합산화물도 형성한다. 따라서, 복합산화물의 형성을 억제하고 CaS 개재물 형성을 증가시키기 위해서는 Ca, S, Al, Si의 첨가량을 적절하게 제어하는 것이 필요하다. 하기 관계식1은 복합산화물을 억제하고 CaS 개재물 형성을 증가시키기 위한 관계식으로써, 본 발명자의 반복된 실험으로부터 도출된 경험식이다.

[관계식1]

Ca(%)/S(%) > [1.5Al(%)+2Si(%)]

본 발명의 성분범위를 만족하더라도 상기 관계식1을 만족하지 않는 경우에는 최종제품에서 Ca계 비금속개재물중 CaS 개재물의 분율을 소망하는 수치로 제어할 수 없다. 즉, 상기 관계식1을 만족하도록 Ca, S, Al, Si 함량을 제어하면 Ca계 비금속개재물중 CaS 개재물의 분율을 적절하게 제어할 수 있어 본 발명이 목적으로 하는 내후성의 향상을 도모할 수 있다.

다음으로 상기 내후성이 우수한 강재를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

내후성이 우수한 강재의 저온인성과 강도를 높이기 위해서는 오스테나이트 미재결정영역이하에서의 누적압하율이 30%이상이 되어야 한다.

우선, 강재의 저온인성을 높이기 위해서는 균열전파시 전파에 방해가되는 결정립계면적이 넓어야 한다. 이를 위해서는 미세한 결정립이 강재내부에 형성되어야 하는데, 우선 열간압연시 강재내부에 미세한 결정립이 형성되도록 가공을 하여야 하며, 이후 냉각시에도 결정립이 회복되지 않도록 하여야 한다.

본 발명의 발명자들은 이를 위하여 예의 검토한 결과, 오스테나이트 미재결정영역이하의 영역에서 강재에 가공을 실시함으로써, 오스테나이트가 팬케익(pancake)화 되어 미세한 페라이트 및/또는 펄라이트가 생성되도록 하는 것이 저온인성의 향상에 효과적이라는 것을 알 수 있었다.

또한, 강재의 강도는 전위의 집적과 가공시 강재에 도입된 에너지 및 냉각시 조직변태에 의한 잔류응력 등으로 인하여 얻어질 수 있는데, 전위 집적은 결정립이 작을 수록 그 집적정도가 높아 고강도화를 이룰 수 있으며, 강재에 도입된 에너지 는 이후 냉각과정에서 회복에 의하여 소멸되는 양이 최소화되어야 한다.

그런데, 만일 강재의 압연종료온도가 너무 높을 경우, 즉 오스테나이트 미재결정영역 이하에서의 압하율이 너무 낮을 경우에는 상기한 바와 같이 미세한 페라이트 및/또는 펄라이트가 생성되기 어렵고, 강재의 압연이후 냉각하는 온도구간이 지나치게 넓어져서 가공시 강재에 도입되었던 에너지가 다시 소멸하여 버리는 문제가 생긴다. 따라서, 오스테나이트 미재결정영역 이하에서 가능한 한 많은 양의 가공을 실시하여야 강재의 강도확보에 효과적이다.

상기의 이유로 오스테나이트 미재결정영역 이하의 누적압하율은 30%이상이 되어야 한다.

이하, 본발명의 바람직한 실시예를 첨부하는 도면과 표를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일실시태양을 나타내는 것일 뿐 본발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

(실시예)

본 발명의 조성을 가지는 해변용 내후성강을 제조하기 위하여 제강-연속주조공정을 거쳐 슬라브를 제조하였다.

특히, 제강공정에서는 Ca(%)/S(%) > [1.5Al(%)+2Si(%)]의 관계를 만족시키기 위하여, Ca-Si분말을 포함하는 와이어를 2회에 나누어 분할 투입하여, 초기 투입된 Ca가 용강중 잔존하는 산소와 반응하여 복합산화물을 형성하고, 2회째 투입된 Ca가 유화물을 생성하여 최종적으로 산유화물을 형성하도록 하였다.

이후, 연속주조를 통하여 슬라브를 제조하였으며, 성분 편차를 없애기 위하여, 제강과정의 레이들 하나에서 공급되는 강으로부터 연속주조시 최초로 생산되는 슬라브(초주편)과 최후에 생산되는 슬라브(말주편)을 제외한 주편들 중 총 7개의 주편을 준비하였다. 이들 슬라브는 슬라브 내부품질이나 조성이 동일한 것으로 보아도 좋기 때문에 제강 및 연속주조단계에서 슬라브별로 발생되는 해석상의 편차를 최소화할 수 있었다.

상기의 과정으로 제조되어 본 발명의 실험에 사용된 슬라브의 조성을 하기 표 1에 도시하였다.

강종	성분함량(중량%)													Tnr	①	②
강종	C	Si	Mn	Cu	Ni	Al	P	S	Ca	Ti	Mo	W	Cr	Tnr	①	②
A	0.08	0.2	0.7	0.3	0.9	0.015	0.013	0.002	0.0047	-	-	-	-	923	2.35	0.42
B	0.095	0.27	0.73	0.32	0.95	0.01	0.014	0.003	0.0058	0.01	-	-	-	929.8	1.93	0.56
C	0.092	0.31	0.8	0.38	1.0	0.01	0.013	0.003	0.0049	0.01	0.2	-	-	928.4	1.63	0.64
D	0.087	0.34	0.9	0.35	0.98	0.013	0.013	0.002	0.0042	0.02	-	0.2	-	926.2	2.1	0.70
E	0.085	0.27	0.87	0.38	1.01	0.005	0.012	0.005	0.0036	-	-	0.2	-	925.3	0.72	0.55
- ①=Ca/S, ②=1.5Al+2Si, 단 각 강종당 7매의 슬라브 채취, Tnr : 오스테나이트 재결정온도

상기 표 1에 기재한 각 강종의 성분은 강종별로 채취한 총 7매의 슬라브의 평균조성을 의미하는 것으로 7매의 슬라브에서 채취한 조성의 조성편차는 각 성분별로 5% 미만으로 거의 조성편차가 없음을 확인한 후 사용하였다. 또한, 상기표에서 사용된 Tnr은 강의 조성별로 오스테나이트 재결정온도를 계산한 이론온도를 나타내는 것이다.

상기 각 조성의 슬라브들을 가열로에서 가열한 뒤, 조압연후 마무리 압연을 실시하고 공냉하였다. 구체적인 마무리 압연 조건은 하기 표 2와 같다.

처리패턴	압연개시온도(℃)	압연종료온도(℃)	마무리압연시 압하량(%)
1	1136	988	65.1
2	1025	913	46.6
3	932	855	65.5
4	811	723	58.8
5	851	798	56.3
6	855	825	39.2
7	849	827	23.1

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 각 강종의 조성 및 그에 따른 오스테나이트 재결정온도 및 Ar3 온도에 따라 약간씩 차이가 있지만, 처리 패턴 1은 주로 오스테나이트 재결정영역에서 압연을 실시한 것이며, 처리 패턴 2는 오스테나이트 재결정영역에서 주로 압연을 실시하고 일부 미재결정영역에서 압연을 실시한 것이며, 처리패턴 3은 일부 오스테나이트 재결정영역에서 압연을 실시하고 주로 미재결정영역에서 압연을 실시한 것이고, 처리패턴 4는 미재결정영역압연+이상역(γ+α영역)압연, 처리패턴 5,6 및 7은 미재결정영역 압연을 실시한 예를 나타낸 것이다.

상기 표 2의 조건으로 상기 표 1의 조성을 가진 슬라브를 압연하고 공냉한 후의 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

강종	처리패턴	Tnr 이하 압하율(%)	YS(kgf/mm²)	TS(kgf/mm2)	DBTT(℃)	비고
A	1	0	26.4	39.7	-32	비교예
A	2	4.2	29.4	40.9	-36	비교예
A	3	57.8	33.5	45.0	-70	본발명
A	4	58.8	42.6	46.9	-98	본발명
A	5	56.3	39.5	46.8	-92	본발명
A	6	39.2	35.7	45.2	-64	본발명
A	7	23.1	30.2	41.6	-39	비교예
B	1	0	27.1	40.4	-28	비교예
B	2	7.0	30.1	41.6	-33	비교예
B	3	63.6	36.7	45.3	-67	본발명
B	4	58.8	43.3	47.6	-95	본발명
B	5	56.3	40.2	47.5	-88	본발명
B	6	39.2	36.4	45.9	-60	본발명
B	7	23.1	30.8	42.3	-36	비교예
C	1	0	27.9	42.5	-27	비교예
C	2	6.4	30.6	43.7	-32	비교예
C	3	62.4	37.2	47.4	-66	본발명
C	4	57.8	43.9	49.7	-93	본발명
C	5	56.8	40.8	49.6	-87	본발명
C	6	39.2	37.0	48.0	-59	본발명
C	7	23.1	31.4	44.4	-34	비교예
D	1	0	28.4	41.4	-25	비교예
D	2	5.5	31.2	42.7	-30	비교예
D	3	60.5	37.8	46.4	-64	본발명
D	4	58.8	44.4	48.7	-92	본발명
D	5	56.3	41.4	48.6	-85	본발명
D	6	39.2	37.5	47.0	-57	본발명
D	7	23.1	32.0	43.4	-33	비교예
E	1	0	27.8	40.7	-29	비교예
E	2	5.1	30.5	42.0	-33	비교예
E	3	59.8	37.1	45.7	-67	본발명
E	4	58.8	43.7	48.0	-95	본발명
E	5	56.3	40.7	47.9	-88	본발명
E	6	39.2	36.8	46.3	-60	본발명
E	7	23.1	31.3	42.7	-36	비교예

상기 표 3에서 밑줄친 부분은 본 발명에서 규정한 조건에 부합하지 않거나, 본 발명에서 이루고자 하는 강의 물성치가 얻어지지 않는 예를 특별히 표시한 것이다. 상기 표 3에 기재한 충격천이온도(DBTT)는 연성파괴에서 취성파괴로 강의 파괴기구가 옮겨지는 온도를 나타내는 것으로 소재의 인성을 파악하는 중요한 척도가 되는 것이다. 즉, 충격천이온도가 낮을 수록 소재는 우수한 인성을 가지고 있다고 할 수 있다.

상기 표에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 해변용 내후성강의 범주내에 속하는 강조성의 경우에는 오스테나이트 재결정온도 이하의 영역에서의 누적압하율이 30%가 되지 않을 경우에는(각 강종별로 처리패턴 1,2 및 7의 경우) 45kgf/mm² 이상의 인장강도와 -50℃ 이하의 충격천이온도를 얻을 수 없었다.

각 패턴별로 그 원인과 결과를 분석한 결과 다음과 같은 결론에 이르게 되었다. 우선 패턴 1의 경우에는 강종에 관계없이 오스테나이트 재결정영역에서 압연이 모두 진행된 것으로, 이러할 경우에는 압연시 오스테나이트 형상이 팬케익화 되지 않고 재결정됨으로써 조대한 오스테나이트가 얻어지고, 후속되는 냉각공정을 통하여 조대한 페라이트와 펄라이트가 혼합된 조직이 얻어지기 때문이었다.

다음으로 패턴 2의 경우에는 압연이 오스테나이트 재결정온도 이하의 온도에서 종료되었지만, 전체적인 압연공정을 통하여 볼 때 오스테나이트 재결정온도 이하의 온도인 미재결정영역에서의 압하율이 너무 낮아 오스테나이트 결정립을 충분히 형상제어하지 못하였기 때문에 패턴 1과 유사한 결과가 얻어지는 것으로 판단되었다.

패턴 3, 4, 5 및 6의 경우는 모두 오스테나이트 미재결정영역 또는 이상역에서의 누적압하율이 30%이상인 경우로써, 본 발명에 의한 충분한 결정립 미세화 효과 및 전위집적 효과를 얻을 수 있는 패턴이었다. 그 결과 모든 강종에서 인장강도 45kgf/mm² 이상, 충격천이온도 -50℃이하의 양호한 물성치를 얻을 수 있었다.

특히, 패턴 6과 패턴 1 또는 2를 비교하여보면 표 2에 기재된 전체 압하량은 패턴 1 또는 패턴 2의 경우가 훨씬 높았지만 강도와 인성을 비교하였들 때에는 오스테나이트 미재결정영역에서의 누적압하율이 높은 패턴 6으로 실시하였을 때 훨씬 양호한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 강도와 인성을 개선하기 위해서는 전체 압하량보다 오스테나이트 미재결정영역이하의 압하량을 제어하는 것이 훨씬 효과적이라는 것을 증명하는 것이다. 상기 실시예 3, 4, 5 및 6에 의하여 제조된 열연 후강판의 조직을 현미경으로 검사한 결과 모든 경우에서 10~20㎛ 범위내의 미세한 페라이트 결정립 사이즈(FGS)를 가지고 있다는 것을 알 수 있었다.

패턴 7의 경우는 마무리 압연 자체는 전부 오스테나이트 미재결정온도 이하에서 실시된 경우이지만, 그 압하량이 23.1%로 낮아 본 발명의 조건에 부합하지 않는 것으로서, 충격천이온도와 인장강도 모두 본 발명에서 목적하는 물성치와는 차이가 있었다. 상기 패턴 7의 결과로부터 본발명의 해변용 내후성강의 강도와 인성 을 확보하기 위하여 중요한 인자는, 압연 개시온도나 압연 종료온도가 아니라 미재결정영역에서의 누적압하율이라는 것을 알 수 있다. 즉, 마무리 압연 자체를 미재결정영역에서 시작한다 하여도 충분한 압하량이 따르지 않으면 원하는 물성을 얻을 수 없으며, 설령 마무리 압연 시작온도가 높다고 하더라도 오스테나이트 미재결정역이하에서의 압하율만 확보된다면 충분한 인성과 강도를 얻을 수 있는 것이다.

상기의 결과를 보다 명확하게 확인하기 위하여 도 1 및 도 2에 오스테나이트 미재결정영역 이하의 압하율이 강도와 DBTT에 미치는 영향을 각각 나타내었다. 물론 강의 성분에 따라 약간의 편차가 있을 수 있지만, 본 발명의 내후성강 조성범주내에 해당되는 것이라면 상기 결과에 부합된다고 할 수 있다.

상기 도 1의 결과로부터, 미재결정온도 이하에서의 압하율이 30% 이상이 되어야 45kgf/mm² 이상의 인장강도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있으며, 도 2에서는 상기 미재결정온도 이하에서의 압하율이 30% 이상이 되면 DBTT가 대략 -50℃ 이하로 낮아질 수 있다는 것을 알 수 있다.

상기의 실험결과들로부터 본 발명에 의한 해변용 내후성강의 제조방법의 효과를 알 수 있었다. 다만, 상기의 실험결과는 본 발명의 효과를 나타내기 위한 한가지 바람직한 실시태양에 지나지 않으며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 즉, 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항과 이들의 균등물이라면 모두 미치는 것이다.

본 발명에 의하면, 해변 또는 동결방지제가 다량 살포되는 한랭지 또는 겨울철과 같은 부식성 환경에서 우수한 내후성을 가지면서 45kgf/mm²이상의 고강도와 DBTT -50℃ 이하의 저온인성을 겸비한 고강도 고인성의 해변용 내후성강을 간단한 방법에 의하여 제조할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.15% 이하(0%는 제외), Si: 1.0% 이하(0%는 제외), Mn: 2.0% 이하(0%는 제외), Cu: 0.2~1.0%, Ni: 0.2~5.0%, Al: 0.001~0.1%, P: 0.03% 이하(0%는 제외), S: 0.002~0.03%, Ca: 0.001~0.01%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 성분중에서 Ca, S, Al, Si이 하기 관계식1,

[관계식1]

Ca(%)/S(%) > [1.5Al(%)+2Si(%)]

을 만족하며, 강중 Ca계 비금속개재물중 수용성 CaS 개재물의 분율이 30% 이상인 해변 내후성이 우수한 강재를, 오스테나이트 미재결정영역 이하에서의 누적압하율이 30% 이상 되도록 열간압연한 후 냉각하는 것을 특징으로 하는 인성이 우수한 고강도 해변용 내후성강의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 강재는 Ti: 0.005~0.1%, Mo: 0.01~1.0% 및 W: 0.01~1.0%으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해변용 내후성강의 제조방법.