KR100325537B1 - 가공용박물열간압연연강판의제조방법 - Google Patents

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Abstract

조직균일성이 우수한 가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법에 있어서, 중량 %로 탄소:0.02 ∼ 0.05%, 규소: trace, 망간: 0.10 ∼ 0.30%, 보론:10∼ 30ppm, 인< max.0.015%, 황< max.0.010, 알루미늄: 0.01 ∼ 0.04% 및 질소< 40ppm을 함유하는 슬라브를 이용하되, 두께 1.3∼2.3mm의 열간압연강판으로 압연을 행함에 있어 사상압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하고 열간압연후 권취온도를 620 ℃이상이 되도록 제어함은 물론, 상기 성분계 및 열간압연조건을 만족하는 방법으로 제조된 두께 1.3∼2.3mm의 심가공용 박물 열간압연강판의 표면 스케일을 산세 처리한 후 도유를 행하는 것을 특징으로 하는 가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법을 요지로 한다.

Description

가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법
조직 균일성이 우수한 가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 열간압연 공정 특성상 불가피하게 발생되는 불균일 혼립조직의 생성을 억제함과 동시에 프레스 성형에 적합한 결정입도 및 기계적 성질을 보유한 두께 1.3-2.3mm 범위의 가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 열간압연 연강판 또는 산세강판은 냉장고 압축기 용기, 드럼마게 등의 드로잉 부품 및 장출성형 부품의 제조에 사용가능한 것이다.
종래에 열간압연 연강판을 제조하는 방법에 있어 재질을 결정하는 주요 제조인자는 강의 성분, 열간압연 마무리 온도 및 권취온도로 알려져 있다. 가공용 열연강판의 제조에 이용되는 성분계는 제조사 마다 다소의 차이는 있으나, 대부분 0.03∼0.05%C, 0.10∼30%Mn의 성분계를 이용하여 통상 Ar3이상의 온도에서 열간압연을 마무리한 후 550∼650℃온도 범위에서 권취하게 된다. 이때 얻어지는 열연강판의 기계적 성질로서는 심가공용이 45%이상, 일반가공용은 40% 이상의 연신율을 나타내는 것이 일반적이다. 또한 동일 성분계일지라도 최종 제품의 두께가 얇아질수록 재질은 경화되는 특징이있다. 예컨데 0.04%-0.15%Mn강을 이용하여 600∼650℃에서 권취를 행하여 제조된 두께 3.5mm의 심가공용 열연강판의 연신율은 45% 이상이나, 1.6mm두께의 경우 42%전후의 연신율이 얻어지는 것으로 확인되고 있다.
한편, 가공용 열간압연 연강판의 경우 두께 박물화에 따른 재질의 경화외에 용도특성상 문제가 되는 것은 열연강판 특유의 폭방향 온도편차에 기인된 불균일조직의 생성을 들 수 있다. 열간압연강판의 두께가 얇아지면서 압연온도가 저하되기 때문에 마무리압연이 오스테나이트와 페라이트가 공존하는 2상역에서 이루어질 가능성이 증대되며, 특히 단위부피에 대한 표면적이 큰 스트립 에지부에서 현저하기 때문에 이 부위에서는 조대 페라이트 결정립과 미세 페라이트 결정립이 혼재된 혼립조직 혹은 연신 페라이트 결정립의 생성 가능성은 중심부에 비하여 훨씬 높아지게 된다. 이와 같은 혼립조직이 존재하는 부위의 연신율은 정상 조직을 갖는 부위에 비하여 연신율이 저하되며 앞서 언급한 바의 폭방향 재질편차를 증대시키게 된다. 또한 후공정의 냉간압연 혹은 프레스 성형 단계에서 불균일 변형을 초래하여 심한 경우 가공크랙 발생의 요인으로 작용하게 된다.
그래서 이와 같은 열간압연 연강판의 혼립조직 저감을 위하여 대부분의 열간압연공정에서는 열간 마무리 압연기 전방에 바 에지히터를 설치하여 에지부를 국부적으로 가열하는 방법을 채택하고 있다. 그러나 에지히터에 의한 가열에 있어서도 판 형상이나 압연두께에 따라 승온할수 있는 온도가 한정되어 있다. 또 다른 방법으로서는 열간압연 마무리 온도를 상향하여 압연을 행하는 경우가 있을 수 있다.
그러나 이 경우 압연롤의 마모 및 열피로에 이한 롤거침, 강판의 산화스케일층의 두께 증가에 의하여 강판표면에 또 다른 결함이 생길 가능성이 높아지는 것으로 알려져 있다. 한편, 최종 사용자측면에서 열연강판의 양 에지부 혼립조직 발생부를 제거하여 사용할 경우 폭방향 조직 및 재질편차를 극소화하는 장점이 있으나, 강판의 실수율이 저하되는 문제점이 있기 때문에 혼립조직의 저감에 대한 보다 근본적인 접근이 필요함을 알수 있다.
최근에는 강의 오스테나이트 압연역 확대, 다시 말해서 Ar3온도를 저하시키기 위한 성분계를 이용하여 가공용 열간압연 연강판의 혼립조직을 저감하는 방법이 제안되고 있다. 일본 케이사의 경우 강판의 연성을 향상시키고 혼립조직에 의한 재질열화를 방지하기 위하여 Ar3변태점의 저하에 유효한 것으로 알려진 Cr을 다량 첨가함으로서 심가공용 박물 열연강판을 제조할수 있다고 하였다. 즉 0.04%-0.1%Mn의 기본 성분계에 0.5%Cr 및 0.001% B첨가, 저P, 저 Al(0.013%)-저N(22ppm)으로 조정된 성분계를 이용하여 1.2-2.3mm의 열연강판을 제조할 결과, 인장강도 33kg/㎟, 연신율 48%정도의 재질 특성을 갖는 것이 가능함을 보고하고 있는데, 이 경우 다량의 Cr 첨가로 인한 강판의 제조비용이 상승된다는 문제점이 있다.
본 발명은 드로잉 및 장출성형에 이용되는 열간압연 연강판 제조에 있어서 저탄소 성분계에 극미량의 보론을 첨가하고 열간압연후의 권취온도를 적절히 제어함으로서 종래의 열연강판에 비하여 폭방향 조직 균일성이 우수한 가공용 박물 열연강판을 제조하기 위한 것이며, 기계적 성질에 있어서는 항복강도 25kg/㎟ 이하, 인장강도 34kg/㎟ 이하, 연신율 45% 이상의 재질특성을 가짐과 동시에 ASTM 입도 No. 8.0 - 9.0 범위의 균일 페라이트 조직을 갖는 가공용 박물 열간압연 연강판 또는 산세강판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 Ar3변태점에 대한 보론첨가의 영향을 도시한 도면.
도 2는 본 발명강과 비교강의 기계적 성질에 대한 권취온도의 영향을 나타낸 도면이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 조직 균일성이 우수한 가공용 박물 열간압연 연강판 제조방법에 있어서, 중량 %로 탄소:0.02 ∼ 0.05%, 규소: trace, 망간: 0.10 ∼ 0.30%, 보론:10∼ 30ppm, 인< max.0.015%, 황< max.0.010, 알루미늄: 0.01∼ 0.04% 및 질소< 40ppm을 함유하는 슬라브를 이용하되, 두께 1.3∼2.3mm의 열간압연강판으로 압연을 행함에 있어 사상압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하고 열간압연후 권취온도를 600 ℃이상이 되도록 제어함은 물론, 상기 성분계 및 열간압연조건을 만족하는 방법으로 제조된 두께 1.3∼2.3mm의 심가공용 박물 열간압연강판의 표면 스케일을 산세 처리한 후 도유를 행하는 것을 특징으로 하는 가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 더 상세히 설명한다.
본 발명에서는 폭방향 조직 균일성이 우수한 가공용 박물 열간압연 연강판 또는 산세 열간압연 연강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량 %로 탄소:0.02 ∼ 0.05%, 규소: trace, 망간: 0.10 ∼ 0.30%, 보론:10∼ 30ppm, 인< max.0.015%, 황< max.0.010, 알루미니움: 0.01∼ 0.04% 및 질소< 40ppm을 함유하는 슬라브를 이용하여 두께 1.3∼2.3mm의 열간압연강판으로 압연을 행함에 있어 사상압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하고 열간압연후 권취온도를 620 ℃ 이상이 되도록 제어함으로서 보론 첨가에 의한 강의 Ar3온도저하 및 바 양단부를 에지히터로 가열하여 혼립조직의 생성을 보다 더 억제함으로서 항복강도 25kg/mm2이하, 인장강도 34kg/mm2이하, 연신율 45% 이상의 재질특성과 ASTM 입도 No. 8.0∼9.0 범위의 균일페라이트 결정입도를 가지는 가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법을 제안한다.
또한 상기 성분계 및 열간압연조건을 만족하는 방법으로 제조된 두께 1.3∼2.3mm의 심가공용 박물 열간압연강판의 표면 스케일을 산세 처리한 후 도유를 행함으로서 항복강도 25kg/mm2이하, 인장강도 34kg/mm2이하, 연신율 45% 이상의 재질특성과 ASTM 입도 No. 8.0∼9.0 범위의 균일페라이트 결정입도를 가지는 가공용 박물 산세 열간압연 연강판의 제조방법을 제안한다.
이하 상기 수치한정 이유에 대하여 설명한다.
상기 탄소량은 가공용 열간압연강판 제조에 있어 적정 강도 및 연성을 얻음과 동시에 Ar3변태점의 관리범위를 준수하기 위하여 제안한 것으로서 0.05%를 초과하면 본 발명강의 강도 범위를 초과되고 연신율이 저하되기 때문이며, 0.02% 이하이면 Ar3변태점이 상승하여 박물 열간압연강판의 혼립조직 발생 가능성이 높아지기 때문에 제한한 것이다.
상기 망간량은 고용강화원소로서 탄소와 더불어 강도를 확보하는데 유효할 뿐만아니라 Ar3변태점을 저하시키기 때문에 혼립조직 방지에 유효하나 역시 기지의 연질화를 위하여 0.1∼0.3% 범위로 제한 하였다.
상기 보론은 강의 Ar3변태점을 저하시키는 원소로서 혼립조직의 생성을 억제하는데 대단히 유효한 원소이다. 아울러 열간압연 동안 보라이드로 석출되면서 고용질소량을 감소시켜 페라이트 결정립을 조대화시키기 때문에 항복강도의 저하에도 유효하다. 그러나 과량으로 첨가되면 첨가량에 비례하여 Ar3변태점은 저하하나, 오스테나이트의 소입성 증가 및 강의 취화에 기여하기 때문에 10∼30ppm 범위로 제한하였다.
상기 인, 황은 강중 불순물로서 불가피하게 존재하나 통상의 규제치를 초과하면 연성에 악영향을 미치기 때문에 각각 0.02%, 0.015% 이하로 규제하였다.
상기 알루미늄은 강의 탈산에 필요한 원소로서 통상의 경우 알루미늄량이 0.03%이면 충분히 탈산되기 때문에 0.02∼0.04%로 규제하였다.
상기 질소량은 강중에 고용되어 있으면 탄소와 마찬가지로 연성을 저하시키는데, 본 발명강에서는 가공용 저탄소 열연강판에서의 규제범위 즉 40ppm 이하로 규제하였다.
한편, 마무리압연기 전방에 고주파유도 방식의 바 에지히터를 사용하는 것은 종래법과 동일하다. 즉, 가열에 의하여 바 에지 25mm 지점의 평균온도를 20℃ 이상보상함으로서 본 발명법의 조성에 의한 Ar3변태점 이하 외에 스트립의 에지부 온도가 용이하게 Ar3변태점 이상이 되도록 하여 혼립조직이 생성되는 오스테나이트와 페라이트 공존역에서의 압연을 회피하였다.
또한 권취온도는 저탄소 열연강판의 연질화, 입계세멘타이트의 조대화 및 강중의 질소를 용이하게 알루미늄질화물(AlN)으로 석출시키기 위하여 620℃ 이상으로 제한하였다.
이하 실시예를 통하여 상세히 설명한다.
본 발명에 이용한 강의 화학성분 및 Ar3변태점을 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.강 A는 본 발명에 있어 강중 탄소량의 저하에 따른 강의 Ar3변화를 비교 하기 위한 것이며, 강 B는 종래의 저탄소 성분계이다. 강 C,D,E 및 F 는 보론을 첨가한 경우로서 각각 8,11,20,39ppm을 첨가한 강이다. 혼립조직의 생성은 강의 Ar3온도와 대단히 밀접한 관계에 있으며, 이 Ar3온도의 저하는 혼립조직의 생성억제에 유효하다.
[표 1]
강 화학성분 Ar3(℃) 비고
C Si Mn P S Al B(ppm) N2(ppm)
A 0.020 0.05 0.14 0.012 0.008 0.036 - 25 883 비교강,C하한
B 0.038 0.03 0.27 0.011 0.007 0.038 - 32 872 종래강
C 0.040 0.04 0.27 0.010 0.006 0.033 8 36 856 비교강
D 0.039 0.05 0.27 0.011 0.006 0.031 11 35 853 발명강
E 0.040 0.04 0.26 0.012 0.007 0.032 20 33 849 발명강
F 0.040 0.04 0.25 0.011 0.006 0.032 39 32 840 비교강,B상한
도 1은 Ar3변태점에 대한 보론첨가의 영향을 도시한 도면으로서, Ar3변태점은 보론 첨가량에 비례하여 연속적으로 저하되어 20ppm의 첨가로 20℃정도 저하됨을 보여주고 있다.
상기 성분계를 함유한 강 슬라브를 1200℃에서 3시간 재가열한 후 열간압연을 행하여 두께 1.6mm의 열연강판을 제조하였으며, 이때 열간압연 마무리 목표온도는 870℃ 이었으며, 권취온도는 500∼680℃ 범위로 하였다. 제조된 열연강판의 기계적 성질은 JIS5호 인장시편을 이용하여 10mm/min의 인장속도로 인장하여 평가하였다. 강판의 2차가공 취성은 드로잉비가 2.16인 용기를 제작한후 -10℃에서 충격하중(하중 4.44kg, 자유낙하 높이 1.0mm)을 가하였을 때 취성크랙의 생성 여부로 평가하였다. 아울러 혼합조직 생성정도는 최종 압연 강판의 에지부 25mm 지점의 조직을 관찰하여 혼립조직 점유율이 두께의 1/20 이상일 경우 ×, 혼립조직이 전혀 발생되지 않은 경우를 ○, 그 사이의 점유율을 보인 경우 △으로 표시하여 하기의 표 2에 나타내었다.
[표 2]
강 권취온도(℃) 기계적 성질 정립방생정도 2차가공 취성 범례 비고
항복강도( kg/mm2) 인장강도( kg/mm2) 연신율(%) ASTMNo.
B 600 26.4 34.4 42.2 9.9 △ ○ 비교법
62 25.9 33.4 44.7 9.8 × ○ 종래법
680 25.7 31.1 47.2 9.7 × ○
C 500 28.2 34.8 41.4 9.2 △ ○ 항복강도초과연신율부족 비교법
620 25.0 32.8 45.2 8.7 △ ○ 혼립발생 비교법
680 24.7 30.7 46.3 8.4 △ ○ 혼립발생 비교법
D 500 28.5 34 42.1 8.6 ○ × 항복강도초과연신율 불량 비교법
620 23.9 32.2 46.7 8.5 ○ ○ 발명강
680 23.5 30.2 47.4 8.5 ○ ○ 발명강
E 500 28.5 34.8 41.4 8.6 ○ × 항복강도초과연신율 불량 비교법
620 24.1 32.2 44.4 8.6 ○ ○ 발명강
680 24.0 30.4 45.53 8.5 ○ ○ 발명강
F 500 27.7 33.9 42.4 8.7 ○ × 항복강도초과연신율 불량 비교법
620 24.2 31.5 46.7 8.6 ○ × 내2차가공취성불량 비교법
680 24.6 30.4 47.0 8.7 ○ × 비교법
종래강의 강 B의 경우, 620℃ 이상에서 권취하면 인장강도 33kg/mm2, 연신율은 45%정도의 재질이 얻어지나, 강판 에지부에 혼립조직이 발생하는 반면, 보론 첨가량이 증가하면 혼립조직은 감소하기 시작하여 10ppm 이상에서는 전혀 관찰되지 않았다. 또한 극 미량의 보론 첨가강에서 권취온도가 620℃ 이상이 되면 페라이트 결정립도는 ASTM 입도 No. 8.0∼9.0 범위이며, 종래강의 강 B에 비하여 조대화되었음을 확인할수 있다. 권취온도에 따른 기계적성질의 변화를 도 2에 나타내었다. 권취온도가 620℃ 이상인 범위에서 보론첨가에 의하여 항복강도가 평균 2kg/㎟, 인장강도는 1kg/㎟ 정도 저하하며, 연신율의 경우 45% 이상임을 알수 있다. 이 구간에서 강도 특히 항복강도의 저하는 보론이 질소와 결합하여 열간압연 동안 일부 석출되면서 강중의 고용질소를 감소시킬 뿐 만아니라 이 석출과정이 페라이트 입도 미세화에 기여하는 알루미늄질화물(AlN)의 석출에 선행하여 진행되기 때문에 페라이트 결정립이 조대화되는데 기인한다. 그러나 도 2에서 알수 있듯이 보론 첨가강에 있어서도 권취온도가 500℃로 저하되면 입계 세멘타이트가 미세해지고 그 량이 증가되기 때문에 항복강도는 급격히 상승하여 종래강 보다 더 큰 값을 가지게 된다. 한편, 내 2차 가공취성의 경우 표 2에서 알수 있듯이 보론량이 증가되면 미첨가강에 대비하여 열화되는 경향이 있으며, 이는 앞에 언급한 입계세멘타이트의 미세화 및 수의 증가에 기인한 것으로 판단되었다. 한편, 비교강의 강 A의 경우 표 1에 나타낸 바와 같이 탄소함량이 감소되면서 Ar3변태점이 상승되고 이로 인한 혼립조직 발생 정도는 종래강의 강 B와 유사한 정도의 혼립조직이 생성되었다. 이 결과와 보론 첨가강의 결과를 고려하면 강 A의 성분계에 20ppm정도의 보론이 첨가되면 종래강의 강 C에 비하여 Ar3변태점은 약 10℃ 정도 저하되는 효과가 있음을 알수 있다.
따라서 상술한 바와 같이 가공용 박물 열연강판을 제조함에 있어 중량 %로 있어 탄소:0.02 ∼ 0.05%, 규소: trace, 망간: 0.10 ∼ 0.30%, 보론:10∼ 30ppm, 인< max.0.015%, 황< max.0.010, 알루미니움: 0.01∼ 0.04% 및 질소 < 40ppm을 함 유하는 슬라브를 이용하여 두께 1.3∼2.3mm의 열간압연강판으로 압연을 행함에 있어 사상압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하고 열간압연후 권취온도를 620 ℃ 이상이 되도록 제어함으로서 항복강도 25kg/mm2이하, 인장강도 34kg/mm2이하, 연신율 45%이상의 재질특성과 ASTM 입도 No. 8.0∼9.0 범위의 균일 페라이트 조직을 갖는 가공용 박물 열간압연 연강판이 제조됨을 알수 있다.
본 발명에 의하여 드로잉 및 장출성형에 이용되는 열간압연 연강판 제조에 있어 저탄소 성분계에 극미량의 보론을 첨가하고 열간압연후의 권취온도를 적절히 제어함으로서 종래의 열연강판에 비하여 폭방향 조직 균일성이 우수한 가공용 박물 열강압연 연강판을 제조할 수 있음은 물론, 기계적 성질에 있어서는 항복강도 25kg/㎟ 이하, 인장강도 34kg/㎟ 이하, 연신율 45% 이상의 재질특성을 가짐과 동시에 ASTM 입도 No. 8.0 - 9.0 범위의 균일 페라이트 조직을 갖는 가공용 박물 열간압연 연강판 또는 산세강판을 제공하는 우수한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 조직 균일성이 우수한 가공용 박물 열연강판의 제조방법에 있어서, 중량 %로 탄소:0.02 ∼ 0.05%, 규소: trace, 망간: 0.10 ∼ 0.30%, 보론:10∼ 30ppm, 인< max.0.015%, 황< max.0.010, 알루미늄: 0.01∼ 0.04% 및 질소< 40ppm을 함유하는 슬라브를 이용하되, 두께 1.3∼2.3mm의 열간압연강판으로 압연을 행함에 있어 사상압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하고 열간압연후 권취온도를 620 ℃ 이상이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가공용 박물 열간압연 연강판의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 성분계 및 열간압연조건을 만족하는 방법으로 제조된 두께 1.3∼2.3mm의 심가공용 박물 열간압연강판의 표면 스케일을 산세 처리한 후, 도유를 행하는 것을 특징으로 하는 가공용 박물 산세 열간압연 연강판의 제조방법.
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