KR20200065480A - 우수한 저항복비 및 저온인성 특성을 가지는 구조용강 및 그 제조방법 - Google Patents

우수한 저항복비 및 저온인성 특성을 가지는 구조용강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량%로, C: 0.05~0.12%, Si: 0.05~0.4%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Sol.Al: 0.015~0.04%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01% 이하, N: 0.002~0.008%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직이, 면적분율로, 폴리고날 페라이트가 90% 이상이고, 제 2 상으로서 분절된 펄라이트가 10% 이하, MA가 2% 이하이고, 상기 폴리고날 페라이트에서, 20㎛ 이상의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 20~50% 이고, 20㎛ 미만의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 40~70% 인 구조용강을 제공한다.

Description

우수한 저항복비 및 저온인성 특성을 가지는 구조용강 및 그 제조방법{STEEL PLATE FOR STRUCTURE HAVING EXCELLENT LOW YIELD RATIO PROPERTY AND LOW TEMPERATURE TOUGHNESS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 저온인성이 우수하고 항복비가 낮아 안정성이 우수하여 해양구조용 등의 구조용 소재로 유리하게 사용될 수 있는 구조용강 및 그 제조방법에 관한 것이다
최근 해양구조물이 대형화, 다기능화(시추, 정제, 보관, 주거 등)됨에 따라 구조물의 안정성 확보에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 이에 따라 항복강도와 인장강도의 차이가 큰 저항복비(항복강도/인장강도, YS/TS)를 가지는 해양구조용 강재가 요구되고 있다.
항복비가 낮을수록 파괴가 발생할 수 있을 때까지의 소성 변화 시점을 늦추고 이 과정에서 에너지를 흡수하여 외력 및 충격에 의한 파손, 파괴를 방지할 수 있다. 또한 일정량의 변형이 존재하더라도 붕괴 전 보수를 가능하게 함으로서 구조물의 파손에 의한 재산 및 인명 피해를 방지할 수 있다.
종래 기술로서 특허문헌 1 에서는 저항복비를 확보하기 위하여 가속냉각 후 노멀라이징 열처리를 실시하여 결정립 내부 또는 결정립계에 제2상을 형성시키는 강재를 제시하고 있다. 구체적으로 경화능을 충분히 높게 할 수 있는 성분계와, 초기 조직을 베이나이트로 하기 위한 가속 냉각 프로세스, 그리고 노멀라이징 열처리 프로세스를 통하여, 원상당 직경으로 약 20㎛ 이하 크기의 페라이트와 약 3㎛ 이하 크기의 MA 상을 모재에 전반적으로 고르게 분포시킨다. 특히 초기 조직을 탄화물이 내부에 존재하는 베이나이트로 함으로서 열처리 후 결정립계와 결정립 내부에 MA를 고르게 분포시킨다. 이와 같은 균일하게 분포하고 미세한 MA를 통해 저항복비, 저온인성, 고연신율을 확보할 수 있다. 그러나 특허문헌 1 에 따를 경우, 낮은 항복비를 구현할 수 있으나 경화능을 높이기 위한 성분원가 증가와 열처리 공정 추가로 인한 원가 증가의 단점을 가지고 있다.
따라서 TMCP 공정으로 저항복비를 실현하기 위한 강판 및 그 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다. 본 발명에서는 이러한 성분 및 제조원가의 상승의 문제를, 성분 최적화 및 새로운 냉각 패턴의 도입으로 인한 조직의 미세화를 통하여 해결하고자 한다.
한국특허번호 제1799202호
본 발명에서는 두께 50mm 이하의 후강판에서 항복강도, 저온 충격인성 및 저항복비 특성이 우수한 구조용 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.05~0.12%, Si: 0.05~0.4%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Sol.Al: 0.015~0.04%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01% 이하, N: 0.002~0.008%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직이 면적분율로, 폴리고날 페라이트가 90% 이상이고, 제 2 상으로서 분절된 펄라이트가 10% 이하, MA가 2% 이하이고, 상기 폴리고날 페라이트에서, 20㎛ 이상의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 20~50% 이고, 20㎛ 미만의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 40~70% 인 구조용강이다.
상기 구조용강은 항복강도(YS) 350MPa 이상, 인장강도(TS) 450MPa 이상이고, 항복비(YS/TS)가 85% 이하일 수 있다.
상기 구조용강은 연신율이 20% 이상, -40℃에서의 충격인성이 60J 이상, -60℃에서의 저온 충격인성이 100J 이상일 수 있다.
상기 구조용강은 두께 50mm 이하의 후강판일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.05~0.12%, Si: 0.05~0.4%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Sol.Al: 0.015~0.04%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01% 이하, N: 0.002~0.008%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1050~1150℃의 온도범위로 재가열하는 단계; 재가열한 상기 슬라브를 830~970℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하는 단계; 압연된 강판을 Ar3 점 이하의 1차 냉각종료온도까지 10~30℃/초의 냉각속도로 냉각하는 1차 냉각 단계; 상기 1차 냉각을 마친 후 5~12초간 유지하는 유지 단계; 및 상기 유지 단계 이후, 300~500℃의 2차 냉각종료온도까지 15~60℃/초의 냉각속도로 냉각하는 2차 냉각 단계; 를 포함하는 구조용강의 제조방법이다.
상기 1차 냉각종료온도는 630~700℃ 일 수 있다.
본 발명에 의하면 두께 50mm 이하의 후강판에서 0.85 이하의 우수한 저항복비 특성, 350MPa 이상의 항복강도 및 -40℃에서의 충격인성이 60J 이상인 특성을 나타내어 구조용 소재로 적합한 구조용강을 얻을 수 있다.
이에 따라 구조물의 안정성을 확보할 수 있고 수명 연장을 높이는데 기여할 수 있어, 조선, 해양, 건축 등의 구조용강으로 유리하게 사용될 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 발명예 1 의 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 2 는 종래 일반적인 제어압연을 통해 제조된 비교예 7 의 미세조직을 관찰한 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공하는 것이다.
본 발명자들은 종래 기술에서는 저항복비를 확보하기 위해서 매우 경한 상인 MA(도상 마르텐사이트)를 이용하여 모재와 MA의 경도 차이를 이용하고 있었으나, MA를 이용하는 경우 충격인성의 저하를 야기할 수 있는 불리한 측면이 있음을 인지하고, 이를 해결하기 위해 깊이 연구하였다. 그 결과 미세조직을 폴리고날 페라이트, MA 및 분절된 펄라이트(degenerated pearlite)으로 구성하고 이들의 면적비율을 적절히 제어하면 충격인성의 저하 없이 저항복비를 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
이하 본 발명의 일 측면에 따른 구조용강에 대하여 자세히 설명한다. 본 발명에서 각 원소를 함량을 나타낼 때 특별히 달리 정하지 아니하는 한, 중량%를 의미한다는 것에 유의할 필요가 있다. 또한, 결정이나 조직의 비율은 특별히 달리 표현하지 아니하는 한 면적을 기준으로 한다.
[구조용강]
먼저 본 발명의 일 측면에 따른 구조용강의 성분계에 대해 설명한다. 본 발명의 일 측면에 따른 구조용강은 중량%로, C: 0.05~0.12%, Si: 0.05~0.4%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Sol.Al: 0.015~0.04%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01% 이하, N: 0.002~0.008%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
C: 0.05~0.12%
본 발명에서 C 는 고용강화를 일으키고 Nb 등에 의한 탄질화물로 존재하여 인장강도를 확보하기 위한 원소이다. C 가 0.12%을 초과하여 첨가될 경우 MA의 형성을 조장할 뿐만 아니라 펄라이트가 생성되어 저온에서의 충격 및 피로 특성을 열화 시킬 수 있다. 반면 C 함랑이 0.05% 미만인 경우 제 2 상의 형성이 불리해져 항복비를 높일 수 있기 때문에 C 함량을 0.05~0.12%으로 제한하는 것이 바람직하다.
Si: 0.05~0.4%
Si 은 Al 을 보조하여 용강을 탈산하는 역할을 수행하고, 항복강도 및 인장강도 확보를 위해 필요한 원소이다. 하지만 저온에서의 충격 및 피로 특성을 확보하기 위해서 그 함량을 0.4% 이하로 제한한다. 또한 Si 이 0.4% 초과로 투입될 경우 C 의 확산을 방해하여 MA 형성을 조장한다. 한편 Si 을 0.05% 미만으로 제거하기 위해서는 제강공정에서의 처리 시간을 크게 늘려야 하기 때문에 생산성이 저하되므로 그 함량을 0.05% 이상으로 제한한다. 따라서 본 발명에서 Si 함량을 0.05~0.4% 로 제한할 수 있다.
Mn: 1.0~2.0%
Mn 은 고용강화에 의한 강도 증가 효과가 크기 때문에 1.0% 이상으로 첨가할 수 있다. 그러나 2.0% 를 초과하는 함량으로 과도하게 첨가되면 MnS 개재물의 형성, 중심부 편석으로 인해 인성의 저하를 야기할 수 있으므로 상한은 2.0%로 제한할 수 있다.
P : 0.01% 이하
P 는 불순물로서 입계편석을 일으켜 강을 취하시키는 원인이 될 수 있으므로 P 의 상한을 0.01%로 제한할 필요가 있다.
S : 0.003% 이하
S 는 불순물로서 주로 Mn과 결합하여 MnS 개재물을 형성하고 이들은 저온인성을 저해하는 요인이 된다. 따라서 저온 인성과 저온 피로특성을 확보하기 위해서는 S 를 0.003% 이하의 범위로 제한할 필요가 있다.
Al : 0.015~0.04%
본 발명에서 Al 은 강의 주요한 탈산제로서 용해 상태에서 0.015% 이상 첨가될 필요가 있다. 또한 변형시효 시 N 성분을 고정시키기 위해 필요한 원소이므로 최소 0.015% 이상은 첨가되어야 한다. 하지만 0.04%를 초과하여 첨가할 경우 Al2O3 개재물의 분율, 크기의 증가로 저온 인성을 저하시키는 원인이 될 수 있고, 또한 Si 과 유사하게 모재 및 용접 열영향부의 MA 상의 생성을 촉진하여 저온 인성 및 저온 피로 특성을 저하시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서 Al 함량은 0.015~0.04% 로 제한할 수 있다.
Ti : 0.005~0.02%
Ti 는 N 과 결합하여 Ti 질화물(TiN)을 형성함으로써 고용 N 함량을 감소시키므로 0.005% 이상 첨가되어야 한다. 이들 석출물은 조직의 조대화를 억제하여 미세화에 기여하고 인성을 향상시키는 역할을 수행한다. 하지만 Ti 의 함량이 0.02% 를 초과할 경우 석출물의 조대화에 의해 파괴의 원인이 될 수 있고 N과 결합하지 못한 고용 Ti가 남아 Ti탄화물(TiC)을 형성하여 모재 및 용접부 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서 Ti 함량은 0.005~0.02%로 제한할 수 있다.
Nb : 0.01% 이하(0% 포함)
Nb 는 고용 또는 탄질화물을 석출함으로써 압연 또는 냉각 중 재결정을 억제하여 조직을 미세하게 만들고 강도를 증가시키는 원소이다. 하지만 결정립이 너무 미세화되면 항복강도의 증가로 인해 저항복비의 확보가 어렵기 때문에 첨가 범위를 0.01%로 제한할 수 있다. 보다 저항복비를 확보하기 위해서는 Nb를 첨가하지 않는 것이 유리하므로, 그 하한은 별도로 설정하지 않을 수 있다.
N: 0.002~0.008%
N은 Ti, Nb, Al 등과 함께 석출물을 형성하여 재가열시 오스테나이트 조직을 미세하기 만들어 강도와 인성 향상에 도움이 되는 원소이다. 하지만 과도하게 함유하면 고온에서 표면 크랙을 유발하여 석출물을 형성하고 잔류하는 N은 원자상태로 존재하여 인성을 감소시키므로 본 발명에서 N 함량은 0.002~0.008% 범위로 한정할 수 있다.
본 발명의 고강도 구조용강은 상기 언급된 합금원소 이외에 나머지는 철(Fe) 성분이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주의 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수 없다. 이들 불순물들은 통상의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에, 그 모든 내용을 상세히 언급하지 않는다. 다만, 한가지 비제한적인 예로서 상기 불순물들은 Mo: 0.05% 미만, Cr: 0.05% 미만, Cu: 0.05% 미만, Ni: 0.05% 미만으로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 구조용강은 미세조직이 면적분율로, 폴리고날 페라이트가 90% 이상이고, 제 2 상으로서 분절된 펄라이트가 10% 이하, MA가 2% 이하를 포함할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 구조용강의 미세조직은 주로 폴리고날 페라이트로 구성되어 있으며, 소량의 MA 및 분절된 펄라이트로 이루어져 있다. 저항복비와 저온인성을 확보하기 위해서 MA의 양을 최소화하고 MA보다 덜 경한상인 분절된 펄라이트를 적절히 분포시키는 것이 중요하다.
분절된 펄라이트(degenerated pearlite)는 펄라이트와 MA 의 중간상으로서, 냉각속도의 조절을 통해 형성할 수 있다. 보다 상세하게는 냉각속도가 빠르면 MA 가 형성되고, 냉각속도가 느리면 펄라이트가 형성되는데, 냉각속도가 중간 수준이면 분절된 펄라이트가 형성되며 본 발명에서는 2차 냉각에서의 냉각속도 조절을 통해 분절된 펄라이트를 형성시키고 있다. 또한 상기 분절된 펄라이트는 펄라이트와 MA 의 중간정도의 경한 특성을 가지는 특징이 있다.
본 발명에서는 상기 제 2 상의 적절한 분율을 통해 저항복비 및 저온 충격인성 특성을 얻는 것을 특징으로 한다. 상기 제 2 상의 분율이 높으면 저항복비 구현이 어려우며, 분율이 높으면 저온 충격인성의 저하를 가져오게 된다. 따라서 본 발명에서는 분절된 펄라이트를 10% 이하 및 MA를 2% 이하로 제한하였으며, 보다 바람직하게는 제 2 상의 분율이 5~11%일 수 있다.
또한 상기 폴리고날 페라이트는 20㎛ 이상의 결정립 사이즈를 가지는 폴리고날 페라이트가 20~50%, 20㎛ 미만의 결정립 사이즈를 가지는 폴리고날 페라이트가 40~70% 로 구성될 수 있다. 폴리고날 페라이트의 결정립 사이즈가 작을수록 항복강도가 증가하게 되어 항복비가 높아지게 된다. 따라서 강도와 항복비의 균형을 맞추기 위해서는 폴리고날 페라이트 결정립 사이즈의 적정한 배분이 필요하고, 이에 따라 본 발명에서는 20㎛ 이상의 결정립 사이즈를 가지는 폴리고날 페라이트를 20~50%, 20㎛ 미만의 결정립 사이즈를 가지는 폴리고날 페라이트를 40~70% 로 제한하였다.
상기 성분계 및 미세조직 조건을 만족하는 구조용강은 항복강도 350MPa 이상, -40℃에서의 충격인성이 60J 이상, 항복비가 85% 이하를 만족할 수 있다. 또한 450MPa 이상의 인장강도, 20% 이상의 연신율, -60℃에서의 저온 충격인성이 100J 이상을 만족할 수 있다.
다음으로 본 발명의 다른 일 측면에 따른 고강도 구조용강의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.
[구조용강의 제조방법]
본 발명의 다른 일 측면에 따른 구조용강의 제조방법은 슬라브 재가열 - 열간압연 - 냉각(1차 냉각, 유지, 2차 냉각)의 과정으로 이루어져 있으며, 각 제조단계별 상세한 조건은 아래와 같다.
슬라브 재가열 단계
먼저 상술한 성분계로 이루어지는 슬라브를 준비하고, 상기 슬라브를 1050~1150℃ 의 온도범위로 재가열한다. 재가열 온도가 1150℃를 초과하는 경우 오스테나이트의 결정립이 조대화되어 인성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 반면 상기 재가열 온도가 1050℃ 미만이면 Ti, Nb 등이 충분히 고용하지 않는 경우가 발생하여 강도의 하락을 초래할 수 있다.
열간압연 단계
상기 가열된 슬라브를 폴리고날 페라이트 형성에 유리할 수 있도록 비교적 높은 온도에서 압연을 종료한다. 구체적으로 마무리 압연 종료온도가 830~970℃가 되도록 열간압연하여 후강판을 얻는다.
냉각 단계
본 발명에 있어 열간 압연 후 냉각은 목표 조직의 구현에 있어 매우 중요한 공정이다. 본 발명에서의 냉각공정은 보통의 TMCP 압연에서의 냉각과는 달리 1차 냉각 - 유지 - 2차 냉각의 3단계로 이루어진다.
1차 냉각은 페라이트 변태 시작온도인 Ar3 이하를 1차 냉각종료온도로 설정하고 냉각속도는 최소로 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 Ar3 이하를 1차 냉각종료온도로 설정하는 것은 공냉에 의해 폴리고날 페라이트를 형성시키기 위함이다. 보다 바람직하게는 상기 1차 냉각종료온도는 630~700℃가 적정하고, 냉각속도는 10~30℃/초가 적정하다.
1차 냉각을 마친 후, 다시 냉각을 하지 않고 그대로 유지하는 유지 단계를 진행한다. 유지 단계에서는 탄소의 확산을 유발하여 결정립계 또는 결정립 내에서 제 2 상의 형성을 촉진한다. 보다 구체적으로는 5~12초를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 유지 단계를 마친 후 마지막으로 2차 냉각을 수행한다. 2차 냉각은 300~500℃의 2차 냉각종료온도 및 최대 냉각속도 약 15~60℃/초의 조건으로 진행할 수 있다. 상기 2차 냉각을 통해 MA 및 분절된 펄라이트가 형성될 수 있다. 또한 낮은 냉각종료온도를 통해 인장강도의 상승을 확보할 수 있다.
상술한 제조방법에 따라 제조된 구조용강은 20㎛ 이상의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 20~50%, 20㎛ 이하의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 40~70% 인 미세조직을 가질 수 있다. 또한 제 2 상은 분절된 펄라이트 또는 MA로 구성되고 각각의 분율은 10% 이하, 2% 이하일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1 에 나타낸 성분 조성을 갖는 용강을 마련한 후 연속주조를 이용하여 슬라브를 제조하였다. 상기 슬라브를 하기 표 2 의 제조조건으로 압연, 냉각 공정을 통하여 강판을 제조하였다. 하기 표 3 에는 표 2 의 제조조건으로 제조된 강판의 미세조직 및 기계적 물성을 측정하여 기재하였다.
강종 C Si Mn P S Al Ti Nb N 구분
A 0.078 0.203 1.55 0.0077 0.0017 0.023 0.012 0 0.0035 발명강
B 0.079 0.205 1.52 0.0084 0.0019 0.028 0.013 0.007 0.0038 발명강
C 0.082 0.214 1.57 0.0074 0.0021 0.022 0.0098 0.005 0.0037 발명강
D 0.081 0.167 1.53 0.0063 0.0020 0.017 0.0011 0.008 0.0035 발명강
E 0.152 0.199 1.54 0.0083 0.0017 0.024 0.0012 0.007 0.0042 비교강
F 0.069 0.225 1.58 0.0082 0.0017 0.021 0.0010 0.021 0.009 비교강
구분 강종 재가열
온도
(℃)		 마무리
압연 온도
(℃)		 냉각시작
온도(℃)		 1차 냉각
종료 온도
(℃)		 1차 냉각 속도
(℃/s)		 유지시간
(s)		 2차 냉각
종료 온도
(℃)		 2차 냉각 속도
(℃/s)
발명예1 A 1108 920 862 684 15 9 368 24
발명예2 B 1112 851 812 656 23 8 402 35
발명예3 C 1116 875 832 669 16 8 412 26
발명예4 D 1113 865 816 677 20 9 343 36
비교예1 B 1122 847 807 760 25 8 354 42
비교예2 D 1121 764 736 682 22 9 365 38
비교예3 C 1107 862 831 384 28 - - -
비교예4 E 1107 847 801 692 19 8 384 29
비교예5 F 1114 859 814 675 18 9 366 28
구분 강종 항복
강도
(MPa)		 인장
강도
(MPa)		 연신율
(%)		 항복비
(%)		 모재
충격
(-40℃)		 모재
충격
(-60℃)		 폴리고날
페라이트
분포(%)		 분절된
펄라이트 분포(%)		 MA
분포
(%)
<20㎛ ≥20㎛
발명예1 A 385 509 31 76 284 224 52 39 8.2 0.5
발명예2 B 406 521 29 78 262 184 62 28 8.9 0.8
발명예3 C 415 518 30 80 212 202 43 47 9.1 0.7
발명예4 D 394 505 32 78 226 194 64 26 8.5 1.2
비교예1 B 441 507 30 87 265 245 42 50 1.6 3.8
비교예2 D 435 502 29 87 245 198 75 13 0.7 4.2
비교예3 C 434 504 27 86 236 188 26 38 0.8 4.3
비교예4 E 467 514 26 91 157 26 55 35 0.6 6.3
비교예5 F 471 539 28 87 182 45 78 12 0.8 5.2
상기 표 1 에서 발명강 A~D 는 본 발명에서 규정하는 성분 범위를 만족하는 강판이다. 반면 비교강 E, F는 본 발명에서 규정하는 성분범위를 만족하지 못하는 강판이며, 비교강 E 는 C 함량 초과, 비교강 F 는 Nb 함량 초과인 강이다.
본 발명에서 제시한 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예들은 항복강도 350MPa, 인장강도 450MPa 이상을 확보할 수 있으며, 모재 -60℃ 충격 인성이 100J 이상, 항복비가 85% 이하인 것을 알 수 있다.
발명예 1 내지 4 의 경우 성분을 모두 만족하고, 1차 냉각 - 유지 - 2차 냉각 프로세스를 통하여 미세조직을 제어하여 목표하는 저항복비 및 저온인성을 확보하였다. 특히 도 1 의 미세조직을 가지는 발명예 1 의 경우 Nb를 첨가하지 않은 것으로 보다 낮은 항복비를 갖는 것을 알 수 있으며, 이는 Nb 첨가에 의한 조직 미세화와 에시큘라 페라이트 조직 형성을 억제하여 폴리고날 페라이트를 형성시켰기 때문이다.
비교예 1 내지 3 의 경우 성분은 만족하지만 본 발명의 제조조건을 만족하지 않는 실시예들로서, 모두 항복비가 85%를 초과하는 것을 알 수 있다. 항복비가 85%를 초과하는 이유는 다음과 같다. 비교예 1 은 1차 냉각온도를 Ar3 이상에서 종료한 경우로 1차 냉각 동안 페라이트 변태가 형성되지 않았기 때문이고, 비교예 2 는 저온에서 압연이 되어 조직의 미세화로 항복강도가 증가하였기 때문이다. 비교예 3 은 일반 TMCP 냉각이 적용되어 미세 에시큘라 페라이트 형성으로 항복비가 상승되었기 때문이다. 또한 비교예 3 은 주조직이 베이나이트이기 때문에 페라이트 분율이 작았다. 이러한 일반 TMCP 냉각으로 제조된 강판의 미세조직을 도 2 에 나타내었다. 발명예와 달리 베이나이트의 형성과 제 2 상의 부족으로 항복비가 높아지는 것을 알 수 있다.
비교예 4, 5 의 경우 제조조건은 만족하였으나, C 및 Nb 성분이 초과된 것으로 C 성분이 초과된 경우 -40, -60℃에서 충격 특성이 열위되는 것을 알 수 있으며, Nb 성분이 초과되는 경우에는 결정립의 미세화와 베이나이트성 조직의 촉진으로 항복비가 상승하게 되었다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의기술자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 중량%로, C: 0.05~0.12%, Si: 0.05~0.4%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Sol.Al: 0.015~0.04%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01% 이하, N: 0.002~0.008%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    미세조직이, 면적분율로, 폴리고날 페라이트 90% 이상, 제 2 상으로서 분절된 펄라이트 10% 이하 및 MA 2% 이하를 포함하고,
    상기 폴리고날 페라이트에서, 20㎛ 이상의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 20~50% 이고, 20㎛ 미만의 결정립 크기를 가지는 폴리고날 페라이트가 40~70% 인 구조용강.
  2. 제 1 항에 있어서,
    항복강도(YS) 350MPa 이상, 인장강도(TS) 450MPa 이상이고, 항복비(YS/TS)가 85% 이하인 것을 특징으로 하는 구조용강.
  3. 제 1 항에 있어서,
    연신율이 20% 이상, -40℃에서의 충격인성이 60J 이상, -60℃에서의 저온 충격인성이 100J 이상인 것을 특징으로 하는 구조용강.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조용강은 두께 50mm 이하의 후강판인 것을 특징으로 하는 구조용강.
  5. 중량%로, C: 0.05~0.12%, Si: 0.05~0.4%, Mn: 1.0~2.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.003% 이하, Sol.Al: 0.015~0.04%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01% 이하, N: 0.002~0.008%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1050~1150℃의 온도범위로 재가열하는 단계;
    재가열한 상기 슬라브를 830~970℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하는 단계;
    압연된 강판을 Ar3 점 이하의 1차 냉각종료온도까지 10~30℃/초의 냉각속도로 냉각하는 1차 냉각 단계;
    상기 1차 냉각을 마친 후 5~12초간 유지하는 유지 단계; 및
    상기 유지 단계 이후, 300~500℃의 2차 냉각종료온도까지 15~60℃/초의 냉각속도로 냉각하는 2차 냉각 단계;
    를 포함하는 구조용강의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 1차 냉각종료온도는 630~700℃ 인 것을 특징으로 하는 구조용강의 제조방법.
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