KR100328023B1 - 고강도열연강판의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강성분조성 및 열처리를 제어하여, 35kgf/mm2이상의 인장강도 및 가공성 평가지수인 r값이 1.2이상을 확보하면서도 박물인 열연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열편 슬라브 직송압연에 의한 열연강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.005%이하, Mn:1.2-1.6%, P:0.04-0.05%, S:0.006%이하, N:0.004%이하, 산가용성Al:0.04%이하, Ti:0.023-0.043%, Cr:0.4-0.8%를 함유하고, 상기 Ti는 ((48/14×N)+(48/32×S))≤Ti≤((48/14×N)+(48/32×S)+(48/12×C)), 상기 Cr은 8≤(Cr/P)≤16을 만족하고 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 강을 연속주조하여 열편 슬라브로 제조한 다음 냉각시키지 않고, 곧바로 조압연을 860℃이상에서 행한 후, 770-830℃에서 마무리 열간압연하고, 680℃이상에서 자기소둔 권취 열처리한 다음, 산세 및 조질압연함을 포함하여 구성되는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고강도 열연강판의 제조방법{The method of manufacturing of high strength hot-rolled steel sheet}
본 발명은 자동차, 산업기계 등의 재료로 사용되는 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장강도 35kgf/mm2급 이상의 가공성이 우수한 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 및 구조용재료의 성형품이 복잡화, 일체화되어지는 경향으로 인하여 성형성이 우수한 재료가 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해 제강-연주공정에서 부터 강판의 가공성을 저해시키는 고용탄소, 고용질소 및 고용황동 등의 원소들이 강중으로 혼입되는 것을 최대한 억제시켜 열연 혹은 냉연강판을 제조하고 있다. 그러나, 상기 고용원소들은 여러공정에서 억제하더라도 필연적으로 슬라브내 미량 잔존하여 성형성을 저하시킨다. 이 때문에 Ti 혹은 Nb 등의 탄질화물 형성촉진 원소를 단독 혹은 복합 첨가하여 미량의 고용원소들 까지도 열간압연단계에서 탄질화물로 석출시켜 성형성을 확보하는 소위 IF(Interstitial Free Steel)의 제조기술을 이용하고 있기도 한다.
최근, 연속주조된 슬라브를 상온까지 냉각시킨후 열연전 재가열하여 열간압연을 행하는 통상적인 방법을 적용하지 않고, 연주단계에서 제조된 슬라브 자체의 높은 열을 이용하는 방법으로서, 연주단계에서 제조된 슬라브를 곧바로 열간압연을 행하는 열편 슬라브 직송 압연기술을 적용하기도 한다. 하지만, 상기 열편 슬라브 직송 압연기술의 경우 열간 사상압연 종료온도가 Ar3변태점 이하로 감소되면 열연판에 이상 과대립 혼립조직이 발생하여 가공성열화의 문제를 수반하기 때문에 열편 직송압연기술에 의한 열연판 두께 감소는 한계가 있다. 현재 상기 기술로 제조되는 열연판의 한계 두께는 약 1.6mm로서, 그 이하로 두께를 감소시키는 것은 사상압연 종료온도 확보에 문제가 발생한다. 따라서, Ar3변태점 이상에서 압연이 종료될 수 있는 범위내로 열간압연이 행해져야 하는 제약조건이 따르게 된다.
한편, 종래 성형성이 우수한 강판으로서 주로 냉연강판이 사용되어 왔지만 강판 두께가 보다 두꺼운 재료의 사용이 요구되는 산업기계용 재료의 경우 생산비 저감 및 생산성 향상을 목적으로, 열연강판을 냉연강판의 대체용으로 사용하기도 한다. 이 경우 열연강판의 두께는 종래 제조되는 열연강판 대비 매우 작은 것으로 주로 1.0-1.4mm가 이용된다. 통상적으로 열연강판은 냉연강판에 비해서 가공성이 매우 열악하기 때문에 통상적인 열간압연 방법이 아닌 새로운 방법에 의해서 열연강판을 제조하고 있다. 대표적인 것으로 일본 특허 공보 특개평 2-145748 및 특개평 7-166292등이 제시되어 있다. 상기 특개평 2-145748은 저탄소강판을 이용하여 오스테나이트로 부터 페라이트 변태 완료된 온도구간에서 압연을 50%이상 실시하는 열간압연법을 행하므로써 인장강도 35kgf/mm2이상, 연신율 40%이상의 고연신율 고강도열연강판을 제조할 수 있다고 하였으나, 이 경우 이상 과대립 혼립조직의 형성으로 인하여 성형성이 저하되어 고성형성을 요구하는 제품의 사용은 곤란하다는 문제점을 안고 있다. 또한, 상기 특개평 7-166292에서 제시된 발명의 경우 Ti점가 IF극저탄소강 슬라브를 950-1150℃로 재가열, 900-950℃에서 조압연, Ar3변태점이하의 페라이트 온도역인 600-800℃에서 윤활압연, 650℃이상 750℃이하의 온도에서 자기소둔 열처리를 행한 다음 산세와 조질압연을 행하므로써 가공성이 우수한 고강도 열연강판을 제조함을 특징으로 하고 있다. 하지만, 이 경우 또한 35kgf/mm2이상의 인장강도 및 가공성 평가지수인 r값이 1.2이상을 확보하여 고가공성을 요구하는 재료에 사용 가능하지만, 열연강판 최종 두께에 대해서는 전혀 언급이 없어 냉연강판 대체용 박물 고강도 열연강판으로의 적용은 많은 제약이 따르게 된다. 따라서, 판재 성형 가공으로 소재를 제조하는 자동차용 및 산업기계용 제조분야등에서 가공성이 우수한 냉연대체용 박물 고강도 열연강판의 필요성이 점점 커지고 있어 이에 대한 소재가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 상기 요구에 부응하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강성분조성 및 열처리를 제어하여, 35kgf/mm2이상의 인장강도 및 가공성 평가지수인 r값이 1.2이상을 확보하면서도 박물인 열연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 열편 슬라브 직송압연에 의한 열연강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.005%이하, Mn:1.2-1.6%, P:0.04-0.05%, S:0.006%이하, N:0.004%이하, 산가용성Al:0.04%이하, Ti:0.023-0.043%, Cr:0.4-0.8%를 함유하고, 상기 Ti는 ((48/14×N)+(48/32×S))≤Ti≤((48/14×N)+(48/32×S)+(48/12×C)), 상기 Cr은 8≤(Cr/P)≤16을 만족하고 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 강을 연속주조하여 열편 슬라브로 제조한 다음 냉각시키지 않고, 곧바로 조압연을 860℃이상에서 행한 후, 770-830℃에서 마무리 열간압연하고, 680℃이상에서 자기소둔 권취 열처리한 다음, 산세 및 조질압연함을 포함하여 구성되는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 강성분 조성에 대한 수치한정이유를 설명한다.
상기 C는 고용원소로서 재결정 소둔과정에서 강판의 집합조직형성에 매우 큰 영향을 미치는 침입형 고용원소이다. 강중에 포함된 고용탄소량이 많을수록 가공성에 유리한 {111}집합조직의 형성을 저해할 뿐만 아니라, 열연 마무리 혹은 권취단계에서 가공성에 좋지 않은 {110} 및 {100}의 집합조직을 강하게 발달시켜 소둔후 까지도 상기 조직이 강하게 영향을 미치므로, 본 발명에서는 그 함량을 0.005%이하로 제한한다.
상기 Mn은 고용강화원소로서 첨가량이 증가함에 따라 Ar3변태온도를 낮추어 오스테나이트 단상역에서 조압연을 행할 수 있는 온도범위를 확장시키기 때문에, 조압연중 강판 두께 감소효과가 커 박물의 열간압연판의 제조에 유효한 원소이다. 그 함량이 1.2%미만인 경우에는 Ar3변태 시작온도가 약 880℃이상으로 증가하게 되어 조압연중 페라이트 단상역으로 변태가 일어나 후공정에서 이상 과대립 혼립조직에 의한 가공성열화를 수반할 뿐만 아니라, 원하는 강도를 얻을 수 없고, 그 함량이 1.6%를 초과하는 경우에는 강도확보 및 Ar3변태 온도저하의 효과는 있으나, 연신율이 급격히 감소할 뿐만아니라, 자기소둔 권취 열처리시 Mn산화물의 강판 표면으로의 용출이 심하여 표면 청정도 및 내산화성에 악영향을 미친다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 1.2-1.6%로 한정함이 바람직하다.
상기 Ti는 제강-연주단계 과정을 거친 후에도 강중에 잔존하는 고용질소 및 고용황을 열연단계 및 그 이전 단계에서 거의 완전하게 석출시켜 가공성에 보다 유리한 조건을 확보하기 위하여 첨가한다. 이러한 효과를 얻기위해 본 발명에서는 Ti의 최저함량을 (48/14×N)+(48/32×S)≤Ti을 만족하면서 0.023%이상이 되도록 한정하고 있으며, 또한, 과잉의 고용 Ti가 P와 결합하여 FeTiP로 석출되는 것을 방지하므로서, 고용 P의 강도 보상 효과와 미세 TiC석출물의 열연중 결정립 미세화 효과에 의한 가공성 확보를 위해 본 발명에서는 Ti의 최대함량을 Ti≤((48/14×N)+(48/32×S)+(48/12×C)를 만족하면서 0.043%이하가 되도록 한정하는 것이다.
상기 P은 성형성을 크게 해치지 않으면서 강도를 확보할 수 있는 원소이다. 강도 확보를 위해 그 함량을 0.04%이상으로 해야 하지만, 과잉의 P첨가는 취성파괴 발생 가능성을 높여 열간압연 도중 슬라브의 판파단의 발생 가능성이 증가될 뿐만 아니라, 자기소둔후 결정입계로 확산 및 편석이 용이해짐에 따라 성형시 2차가공취성발생에 대한 문제점이 커지기 때문에 그 함량을 0.05%이하로 제한해야 하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 P의 함량을 0.04-0.05%로 한정함이 바람직하다.
상기 Cr은 열간압연 및 소둔단계에서 고용탄소와 결합하여 크롬카바이드(CrC)를 형성함에 따라 가공성에 유해한 잔존 고용탄소를 어느 정도 효과적으로 제거할 뿐만 아니라, 열연단계에서 고용 P의 결정입계 이동을 방지하여 입계 P 편석량을 현저히 감소시켜 내2차가공취성의 특성을 향상시키는 역할을 함으로서 성형성 및 내2차가공취성 향상에 매우 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기위해 Cr은 8≤(Cr/P)를 만족하면서 0.4%이상의 함량으로 첨가되어야 하지만, 그 함량에 있어 (Cr/P)의 값이 16 보다 크거나 Cr의 함량이 0.8%를 초과하면, 상기 효과에 대한 증가도 없고 경제적인 측면에서도 불리하다. 따라서, 본 발명에서는 Cr의 함량을 8≤(Cr/P)≤16을 만족하면서, 0.4-0.8%의 범위인 것으로 한정함이 바람직하다.
상기 산가용성Al은 강의 입도 미세화와 탈산을 위해서 첨가하는 원소로서, 그 효과를 얻을 수 있는 통상적인 함량인 0.04%이하로 한정한다.
상기 S 및 N는 불순물로 작용하는 원소들로서 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 각각 0.006%이하, 0.004%이하로 유지시키면 된다.
이하, 상기와 같은 조성의 강을 이용한 열연강판의 제조방법을 설명한다.
본 발명에서는 상기와 같이 조성된 강을 연속주조하여 열편 슬라브로 한후 상온까지 냉각시키지 않고 곧바로 열간압연을 행하는 것으로, 이때, 조압연은 오스테나이트(γ상)단상역 이상인 860℃이상에서 행한다.
상기 조압연은 조압연후 동적재결정립이 미세한 오스테나이트 단상립이 될 경우 변태후의 페라이트역 마무리 열간압연을 행하고 자기소둔 권취열처리시 가공성에 유리한 {111}집합조직의 발달이 용이하여 가공성이 우수한 강판 제조가 용이하므로 페라이트 단상역 개시온도 이상인 860℃이상에서 행하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 페라이트(α상)단상온도 구역인 770-830℃에서 마무리 열간압연을 행한다.
상기 마무리 열간압연은 변형저항력이 일정한 페라이트역(α역)에서 행함으로서 재결정 소둔시 {111}집합조직의 발당을 용이하게 해줌이 바람직한데, 본 발명에서는 전후 공정의 작업조건에 부하를 주지않는 범위인 770-830℃에서 마무리 열간압연을 행하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 재결정완료 온도이상의 구역인 680℃이상에서 자기소둔 권취열처리를 행한다.
자기소둔 권취열처리는 강의 재결정 온도이상에서 행하여야 하기 때문에, 본 발명에서는 680℃이상의 온도에서 자기소둔 권취열처리를 행하는 것이다.
상기한 바와같은 본 발명에 의하면, 박물인 열연강판을 얻을 수 있는데, 이때 얻어진 강판의 두께는 1.0-1.4mm인 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
하기표 1과 같이 조성되는 강들을 이용하여 슬라브를 진공용해로로 제조한후, 하기표 2에서 나타난 조건으로 압연을 행하고, 통상의 조건으로 산세 및 조질압연을 행하여 열연강판을 제조하였다.
제조된 각각의 열연강판에 대하여 항복강도, 인장강도, 연성 등의 재질특성, 연성-취성 천이온도(Ductile-Brittle transition Temperature, DBTT) 및 성형성 시험(Cupping Test)에 의한 가공성 등을 측정하여, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.
구분 C Mn P S N S.Al Ti Cr 비고
비교강1 0.0023 0.6 0.01 0.0055 0.0033 0.045 0.052 - 심가공용 냉연강판
비교강2 0.0032 1.9 0.07 0.0048 0.0031 0.04 0.057 - 심가공용 고강도강
발명강1 0.0017 1.22 0.04 0.0052 0.0025 0.038 0.025 0.6
발명강2 0.0025 1.43 0.043 0.0054 0.0028 0.035 0.032 0.7
발명강3 0.0041 1.55 0.048 0.0048 0.0023 0.04 0.041 0.8
구분 강종 열간압연조건 열연판재질특성 r값 DBTT(℃) cupp-ing test
Ar3온도(℃) 조압연(℃) 마무리압연(℃) 권취온도(℃) 조직 항복강도(kg/mm2) 인장강도(kg/mm2) 연신율(%)
비교예1 비교강1 890 865 853-780 700 미세+조대 19.8 30.9 45 0.8 -50 크랙
비교예2 비교강2 845 870 830-772 690 미세 25.2 38.6 36 1.31 -10 크랙
발명예1 발명강1 857 863 822-780 685 미세 23.1 35.2 42 1.42 -50 성형
발명예2 발명강2 855 868 817-765 682 미세 23.3 36.7 40 1.45 -55 성형
발명예3 발명강3 850 863 820-774 693 미세 23.5 36.3 41 1.51 -50 성형
이때, 상기 재질특성은 JIS 5호 인장시험편을 이용하여 압연방향, 45도 방향, 90도 방향의 각각에 대하여 3개씩 실험을 행하고, 그 평균값을 구한 것이다. 또한, 상기 DBTT온도 측정은 펀치직경 50mm, 블랭크 직경 108mm, 드로잉비 2.16의 조건으로 컵모양(cupping)을 만든 다음, 이것을 옆으로 눕힌 다음, 하중 4.5kg의 추를 높이 1m에서 낙하시켜 크랙 발생 유무를 시험온도별로 평가하였는데, 크랙발생온도가 낮을수록 내2차가공취성이 우수하다는 것을 의미한다.
한편, 성형성 평가는 컵성형시험(Cupping Test)을 행하였으며, 이때 성형조건은 펀치스피드 300mm/min, 펀치직경 40mm, 다이직경 42mm, 드로잉비 2.45, 시편유지압력(BHF) 0.5톤의 조건으로 행하여 성형가능 여부로 성형성을 판단했다.
상기표 2에서 알수 있는 바와같이, 발명예(1-3)은 기본적으로 인장강도가 35kgf/mm2이상 확보가 가능하고, 연성-취성천이온도 평가지수인 DBTT온도가 -50℃이하를 유지하는 조건을 만족하였다. 이에 반하여, Mn함량이 낮은 비교예(1)의 경우는 Ar3이하에서 조압연이 실시됨에 따라 r값이 매우 낮았으며, Mn 및 P함량이 매우 높은 비교예(2)의 경우는 DBTT가 매우 높았다.
상기한 바와같이, 본 발명은 강 성분을 적절히 제어하고, 열편직송 압연기술을 이용한 열간압연 조업을 적절히 제어하므로서, 강도와 가공성이 동시에 우수하고, 특히 내2차 가공취성의 발생 문제를 적극적으로 해결할 수 있는 냉연강판 대체용 고가공용 극박 고강도 열연강판을 제공하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 열편 슬라브 직송압연에 의한 열연강판의 제조방법에 있어서,
    중량%로, C:0.005%이하, Mn:1.2-1.6%, P:0.04-0.05%, S:0.006%이하, N:0.004%이하, 산가용성Al:0.04%이하, Ti:0.23-0.43%, Cr:0.4-0.8%를 함유하고, 상기 Ti는 ((48/14×N)+(48/32×S))≤Ti≤((48/14×N)+(48/32×S)+(48/12×C)), 상기 Cr은 8≤(Cr/P)≤16을 만족하고 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 강을 연속주조하여 열편 슬라브로 제조한 다음 냉각시키지 않고, 곧바로 조압연을 860℃이상에서 행한 후, 770-830℃에서 마무리 열간압연하고, 680℃이상에서 자기소둔 권취 열처리한 다음, 산세 및 조질압연함을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열연강판의 두께는 1.0-1.4mm인 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판의 제조방법.
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