KR100276300B1 - 저항복비를 갖는 고강도 열연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저항복비를 갖는 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, 통상의 열간압연 및 냉각설비를 이용하면서 열연조건 및 냉각조건을 적절히 제어함으로써 별도의 열처리 공정을 거치지 않고 항복비 0.8이하의 저항복비를 갖는 60kg/㎟급 고강도 열연강판을 제조하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열연강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량 %로 C:0.05-0.15%, Mn:0.5-2.0%, Si:0.5%이하, Al:0.01-0.08%, Nb:0.01-0.08%, V:0.01-0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 강을 910-960℃의 온도범위에서 열간압연의 마무리압연을 행한후, 수냉 종료온도를 500∼580℃의 범위로 제어하는 저항복비를 갖는 고강도 열연강판의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

저항복비를 갖는 고강도 열연강판의 제조방법

본 발명은 철도차량용으로 사용되는 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속식 열간 압연기를 이용한 저항복비를 갖는 6Okg/㎟급 철도차량용 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

최근, 철도차량이 고속화됨에 따라 경량화와 안정성이 요구되고 있는데, 안정성을 위해서는 고강도의 철도차량용 소재가 요구되어진다. 또한, 이런 철도차량용 소재는 필요한 형상으로 성형하기 위한 굴곡(bending)가공이 행해지기 때문에 가공성이 요구되어진다. 통상 이러한 고강도 소재들은 고강도화 시키기 위해서 일반 탄소강의 성분에 미량 합금원소인 Nb, V, Ti 등을 소량 첨가하여 석출강화에 의해서 깅도를 확보하고 있다. 이러한 방법이 널리 사용되는 이유는 강도 확보가 용이하고 제조조건이 통상의 열연공정으로 가능하고, 첨가원소의 양이 적어 가장 경제적으로 생산할 수 있기 때문이다. 그러나 석출물이 다량 존재하게 되어 인장강도와 항복 강도가 동시에 상승하게 되고, 이러한 현상은 고강도화 할수록 더욱 현저하게 된다. 그러므로 이러한 고강도강을 수요가들이 굴곡가공 또는 각형으로 가공후 사용하는 경우에는 항복비(항복강도/인장강도)가 높아서 설비의 보완 없이 제조하기가 용이하지 않다. 따라서 저항복비를 갖는 고강도강의 요구가 증대되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 방법들이 알려져 있는데, 이들중 대표적인 것으로 다음과 같은 방법들을 들 수 있다.

먼저, 강관소재의 경우로써 파이프로 성형후 사이징 리닥션(sizing reduction)을 7%이상하고 Al 변태점 이하에서 1분 이상 유지하여 가공스트레인을 이용하여 재결정온도를 낮추어, 페라이트는 재결정시켜 연화시키고 퍼얼라이트는 연화를 시키지 않는 방법(일본 공개특허공보 소 61-199032)이 있다.

다음으로, 열처리를 하지 않는 방법으로 성분을 C:0.10-0.20%, Mn:0.7-1.5%, Si:0.10-0.30%를 기본성분으로 하고 나머지를 Fe 및 불가피한 불순물 원소로 된 강을 열간 압연에서 800-880℃로 압연종료하고, 압연종료후 1초이상 30초 이내는 무주수로 공냉시키고, 그 후 350-500℃로 권취까지의 평균냉각속도 5℃/sec 이상으로 하고, 500℃ 이하에서 권취하여, 파이프 성형시 소재폭(Wo)를 파이프 길이방향의 연신율 E가 1.5%이하가 되도록 파이프를 성형하는 방법으로 55kg/㎟의 강도를 얻는 방법(일본 공개 특허긍보 소60-7007)이 있다.

다음으로, 60kg/㎟ 이상의 강도를 얻기 위해서는 열처리를 하는 방법(일본 공개특허공보 소 59-153839)이 있다.

이상에 나타난 바와같이 55kg/㎟의 강도를 얻기 위해서는 일반 탄소강으로 제조 가능하여 냉각과정의 제어 및 권취온도를 제어하여 제조가 가능하나 60kg/㎟ 이상의 강도를 얻기 위해서는 사이징 리닥션을을 실시하던지 열처리를 하여야 제조가 가능하다. 따라서 6Okg/㎟ 이상의 고강도를 얻기 위해서는 추가 공정이 필요한 문제점이 있어왔다.

이러한 공정의 문제점을 해결하기 위해서 Mo를 0.2% 첨가하여 금속조직을 침상 페라이트(acicular ferrite)화 하여 고강도 저항복비를 만드는 방법(G. Ther and M. Lavite: Joumel of Metals, 27(1975)9, P15)이 알려져 있다. 그러나 Mo는 가격이 비싼 원소이므로 가격상승이 커서 비경제적이다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 통상의 열연의 압연 및 냉각설비를 이용하고, 열연조건 및 냉각조건을 적절히 제어함으로써 별도의 열처리 공정을 거치지 않고 항복비 0.8 이하의 저항복비를 갖는 60kg/㎟급 고강도 열연강판을 제조하고자 하는데 그 목적이 있다.

제1도는 압연 및 냉각과정의 온도변화에 따른 금속학적인 석출속도의 관계를 도식적으로 나타낸 그래프.

제2도는 마무리 압연온도에 따른 항복비를 나타낸 그래프.

제3도는 수냉 종료온도에 따른 항복비를 나타낸 그래프.

본 발명은 열연강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량 %로 C:0.05-0.15%, Mn:0.5-2.0%, Si:0.5%이하, Al:0.01-0.08%, Nb:0.01-0.08%, V:0.01-0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물이 함유되는 강을 910-960℃의 온도범위에서 열간압연의 마무리압연을 행한후, 수냉 종료온도를 500∼580℃의 범위로 제어하는 저항복비를 갖는 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명은 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서 C, Mn, Si, Al의 첨가 및 그 첨가함량은 통상적으로 60kg/㎟급 구조용 강재나 라인파이프(linepipe)용 강재에 첨가되는 성분범위로써, 그 한정이유는 다음과 같다.

상기 C는 강도 확보에 중요한 원소로서 그 함량이 0.05% 미만인 경우에는 60kg/㎟급의 강도 확보가 어렵고, 그 함량이 0.15%를 초과하면 용접시 용접성을 지하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 C의 함량을 0.05∼0.15%로 한정하는 것이다.

상기Mn은 C와 마찬가지로 강재의 강도를 높이는 원소로서, 그 함량이 0.5%미만인 경우에는 목표로 하는 강도의 확보가 어렵고, 그 함량이 2.0%를 초과하면 경화능이 증가하여 가공성이 열악해진다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량은 0.5∼2.0%로 한정하는 것이다.

상기 Si이 0.5%를 초과하면 표면스케일이 생성되어 제품의 불량율이 증가하는 요인이된다. 따라서, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.5%이하로 한정한다.

상기 Al은 탈산을 위해 첨가하는 원소로서, 그 함량이 0.01%미만인 경우에는 탈산효과가 미흡할 뿐만 아니라 결정립의 미세학를 초래한다. 또한, 그 함량이 0.08%를 초과하는 경우에는 용접시 용접성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 Al의 함량을 0.01-0.08%로 한정한다.

또한, 본 발명에서 상기 Nb와 V의 첨가는 고용강화 및 석출강화에 의한 강도확보를 위해 첨가하는 성분으로 그 한정이유는 다음과 같다.

상기 Nb는 고용강화 및 석출강화에 의한 강도 확보의 효과를 얻기 위해서는 0.01%이상 첨가할 필요가 있고, 0.08%이상 첨가하면 가공성이 나빠져 균열이 발생할 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 Nb의 함량을 0.01∼0.08%로 한정하는 것이다.

상기 V는 0.01-0.1% 범위로 한정하는데, 그 첨가 이유 및 함량 제한이유는 상기 Nb와 동일하다.

본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 강을 열간압연함에 있어 마무리 압연온 910℃-960℃의 온도범위에서 행한다.

열간압연 조건은 먼저 압연시 첨가된 미량 합금원소 Nb, V이 오스테나이트에 미세하게 석출하지 않아야 하므로 오스테나이트에서의 석출온도인 910℃ 이상에서 마무리하여야 한다. 마무리 압연온도가 낮아지면 압연시에 가공유기 석출(straininduced preclpitation)이 일어나서 상온으로 냉각시 석출물의 크기와 량에 따라서 항복강도가 상승하게 된다. 즉 크기가 미세할수록 석출물의 양이 많을수록 항복강도의 상승이 커지게 된다. 그리고 마무리 압연연도가 960℃이상으로 되면 오스테나이트의 결정립 크기가 너무 커져서 상온으로 냉각후 가공시 가공 크랙을 유발하기 쉽다. 따라서 마무리 압연온도를 910-960℃의 범위로 한정하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 열간압연후, 수냉함에 있어 수냉종료온도는 500℃-580℃의 범위로 제어한다.

압연후 냉각시 냉각종료온도가 낮아짐에 따라 압연 조직인 오스테나이트가 페라이트퍼얼라이트, 베이나이트 등으로 변태하게 된다. 그리고 이와 아울러 냉각종료온도에 따라서 미량 합금원소인 Nb와 V이 석출하게 된다. 석출이 가장 용이하게 일어나는 온도는 650℃부근인데 그 보다 온도가 높으면, 권취이후의 공냉시에 석출이 일어나지만 석출물이 과도하게 커져 강도상승을 적게한다. 따라서 강도확보가 어렵다. 650℃보다 온도가 낮아지게 되면 석출되는 량이 줄게 되고 온도가 더욱 낮아져 580℃이하로 되면 석출이 일어나지 않게 된다. 그리고 냉각종료 온도가 더욱 낮아져 500℃이하가 되면 저온변태 조직인 베이나이트가 다량 생성되어 오히려 항복강도가 상승하게 되고 가공시 균열이 발생되기 쉽다. 따라서 수냉 종료온도를 500℃-580℃의 범위로 한정하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

본 발명의 강성분 함량범위에 포함되는 하기표 1과 같은 성분으로 강판을 제조하였다. 이때, 제조된 강판의 크기(SIZE)는 4.0mm두게, 150Omm 폭이었으며, 마무리 열연온도 및 수냉 종료온도를 하기표 2와 같이 하여 열간압연을 행하였다.

상기와 같이 제조된 강판의 인장강도, 항복강도, 연신율 및 항복비를 측정하여 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

한편, 제1도는 압연 및 냉각과정과 금속학적인 석출속도의 관계를 도식적으로 나타난 것이다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 2에 나탄난 비교예(1) 및 (2)는 제1도의 B과정을 따라서 압연 및 냉각된 경우로 고온의 석출 영역 900℃보다 높은 온도에서 마무리 압연되고, 저온의 석출이 활발히 일어나는 650℃보다 높은 온도에서 권취된 경우이다. 이 경우는 압연시 석출물이 생성되지 않았으나 수냉을 종료하고 권취된 상태에서 공냉에 의해서 석출이 일어난 경우이다. 그리고 수냉 종료이후 공냉과정에서 석출이 일어나고 석출온도가 높기 때문에 석출물의 성장이 급격하게 일어난다. 따라서 석출물에 의한 강화 효과가 적기 때문에 인장강도와 항복강도가 모두 낮아 항복비는 높고 인장강도도 60kg/㎟을 만족시키지 못하고 있다.

상기 표 2의 비교예(3)은 제1도의 D의 과정을 따르고, 비교예(4)는 제1도의 C과정을 따라서 압연 및 냉각된 경우이다. 이경우는 압연시 또는 수냉과정에서 일부석출이 일어났거나 권취된 상태에서 공냉에 의해서 석출이 일부 일어난 경우이다. 따라서, 비교예(1)또는(2)의 경우와 같이 권취이후 공냉과정에서 온도가 높지 않았기 때문에 석출물의 성장은 급격하게 일어나지 않은 경우이다. 그러므로 상기 비교예(1)(2)에 비해서 인장강도는 60kg/㎟이상으로 높고 항복강도도 높아지개 된다. 그러나 석출에 의해 항복비는 0.86의 높은 값을 나타나게 된다.

비교예(5)의 경우는 마무리 압연온도가 900℃보다 낮아 열간압연에 의헤 석출물이 가장 많이 석출되는 경우로 수냉 종료온도는 낮을지라도 압연시 생성된 다랑의 석출물로 인해 인장강도도 가장 높고, 항복비도 0.89로 가장 높았다.

비교예(6)은 본 발명의 조건과 가장 근접한 경우이나 수냉 종료온도가 높기 때문에 권취이후의 공냉시 석출을 효과적으로 억제하지 못하여 항복강도의 상승이 커서 항복비가 높아진 경우이다.

상기 표 2에서 발명예는 본 발명을 제대로 적용한 강으로 열간압연시 효율적으로 석출을 억제하였고, 수냉 종료후 권취 상태의 공냉시에도 석출이 잘 억제되어 항복강도가 매우 낮아져 결과적으로 저항복비가 얻어짐을 알 수 있다. 그리고 비교예(6)의 경우에 비해서 발명예의 경우 인장강도가 높은 것은 일반적인 현상으로 수냉종료온도가 낮아지면 저온변태 조직의 분율이 증가되고 동일한 조직인 경우 강 내부의 전위밀도의 증가로 강도는 상승하게 된다.

한편, 제2도 및 제3도는 상기 제조조건으로 제조된 강들의 마무리 압연은도와 수냉종료온도가 항복비에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 제2도에 나타난 바와 같이 마무리 압연온도가 높아질수록 항복비는 낮아지고 있다. 따라서 항복비를 0.85이하로 하기 위해서는 마무리 압연온도를 약 900℃ 이상으로 하여야 함을 보여주고 있다. 또한, 제3도에 나타난 바와같이 수냉종료 온도의 영향은 온도가 650℃이상의 경우와 580℃이하의 경우가 저항복비를 나타냄을 알 수 있다. 그러나 온도가 650℃이상으로 높아지면 앞에서 설명한 바와 같이 인장강도 60kg/㎟이하로 되어 재질의 목표치를 얻을 수 있다.

상기한 바와같이, 본 발명은 통상의 열간압연 및 냉각설비를 이용하고, 별도의 열처리 공정을 거치지 않고서도 0.8이하 낮은 항복비를 가지므로 가공성이 우수하고, 6Okg/㎟급의 고강도를 갖는 열연강판을 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 열연강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량 %로 C:0.05-0.15%, Mn:0.5-2.0%, Si:0.5%이하, Al:0.01-0.08%, Nb:0.01-0.08%, V:0.01-0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물이 함유되는 강을 910-960℃의 온도범위에서 열간압연의 마무리압연을 행한후, 수냉 종료온도를 500∼580℃의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 저항복비를 갖는 고강도 열연강판의 제조방법.