KR100435569B1

KR100435569B1 - 실리콘/니오븀 함유 피오강판 제조방법

Info

Publication number: KR100435569B1
Application number: KR10-2001-0054770A
Authority: KR
Inventors: 김종성; 최판수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2004-06-10
Also published as: KR20030021490A

Abstract

본 발명은 중량%로, 탄소(C) 0.04~0.10%, 실리콘(Si) 0.01~0.04%, 망간(Mn) 0.10~0.17%, 인(P) 0.015% 이하, Nb 0.04%, 잔부는 철(Fe) 및 불가역 불순물을 함유한 슬라브를 가열로에서 가열하고 열간압연한 후 산세처리 및 도유처리하여 PO강판으로 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 슬라브를 상기 가열로의 예열대에서 790℃~810℃의 온도로 예열하는 단계와, 예열된 슬라브를 상부온도가 1260℃~1280℃로 유지된 가열대에서 50분~70분 동안 체류시켜 상기 슬라브의 온도를 1130℃~1150℃로 유지하는 단계와, 가열된 상기 슬라브를 상기 가열로의 균열대에 45분~55분 동안 유지시키는 단계와, 상기 가열로의 균열대로부터 추출되는 상기 슬라브의 추출온도를 1165℃~1175℃로 유지하는 단계와, 상기 균열대에서 추출된 슬라브를 990℃~1010℃에서 조압연하는 단계와, 사상압연된 슬라브를 570℃~590℃의 온도에서 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하므로, 적스케일의 형성을 감소시키고 또한 양호한 인장강도를 갖는 PO강판을 제조할 수 있다.

Description

실리콘/니오븀 함유 피오강판 제조방법{Method for manufacturing the pickled-oiled steel sheet having Si/Nb}

본 발명은 자동차의 휠디스크(WHEEL DISK) 등의 제조에 사용되는 석출강화형 고장력 PO강판의 제조방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 열간압연을 수행하기 전에 가열로에서 강판을 가열할 때 적스케일에 의한 표면열화를 방지하고 충분한 인장강도(TS; tensile strength)를 확보할 수 있는 Si/Nb 함유 고장력 PO강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, PO강판은 열연강판 표면의 스케일(scale)을 염산 등으로 제거한 후 산화방지를 위해 강판 표면에 오일(oil)을 도포시킨 제품이다. 열연강판은 도 1에 도시된 바와 같이 가열로(12)에서 압연에 필요한 온도까지 가열된 슬라브(1a)를 조압연롤(14)과 사상압연롤(16)을 통과시킨 후 스트립(1b)을 권취부(18)에서 코일형태로 권취시킴으로써 제조된다. 이때, 가열로(12)는 도 2a에 나타난 바와 같이 예열대(12a), 가열대(12b) 및 균열대(12c)의 영역으로 구분되고, 가열로 내부의 분위기는 도 2b에 나타난 바와 같은 온도분포의 분위기로 유지되고 슬라브(1a)는 가열로 각각의 영역에서 약 75~80분, 40~45분 및 30분 이상의 시간동안 체류하게 된다.

한편, 자동차용 고장력강은 차체 경량화와 안전성 향상을 위하여 55kg급 이상이 사용되는 추세이며, 휠소재로 사용되기 위해서는 프레스 가공 시의 성형성, 가공성 및 가공 후 사용상의 내구력 등이 요구되고 있다. 그리고, 고장력강은 하기 표 1에 나타난 바와 같이 가공성을 향상시키기 위해서 0.07 중량% 이하의 탄소함량을 갖는 저탄소강재가 사용되며, 여기에 내구성을 향상시키기 위해서 고용원소인 Si 0.01%와 Nb 0.04%를 포함한다.

[표 1] 성분 구성표

성분	C	Mn	P	Si	Nb
중량%	0.07	0.14	0.01	0.01	0.04

이때, Si는 제강 공정에서 탈산제로서도 유효한 원소이고, 주로 페라이트에 고용되어 강도를 증가시킨다. Si 함유 슬라브를 가열로에서 1170℃ 이상으로 가열하면 도 3a에 나타난 바와 같이 스케일과 지철계면에 저융점 화합물(Fayalite, 2FeO·SiO₂)이 형성되며, 이러한 저융점 화합물은 도 3b에 나타난 바와 같이 지철에 고정되어 있으므로 현재의 디스케일(descaling) 압력으로는 완전히 제거될 수 없는 적스케일(A)을 생성한다.

그리고, 적스케일이 형성된 스트립을 가공하면 스케일의 비산으로 인하여 공해를 유발시키고 또한 가공된 제품의 외관이 불량하게 되어 고객의 불만을 야기시킨다. 또한, 가열로에서 형성된 적스케일은 추후공정에서 산세성을 저하시키는 결함으로 작용한다.

한편, Nb는 석출강화형 원소로서 니오븀 나이트라이드(NbN)로 석출되어 강의 강도를 증대시키는 효과와 결정립 미세화를 통해 가공성을 증가시키는 효과를 나타내므로 고강도 고가공성을 요하는 제품에 많이 사용되는 합금원소이다. 따라서, 탄소함량을 저하시킴으로써 야기되는 강도저하를 보상하기 위하여 Nb이 첨가된다. 한편, 하기 표 2에 나타난 바와 같이 슬라브의 가열온도를 1180℃ 이상으로 유지하는 경우에만 Nb의 0.04중량%가 완전 고용이 가능하여 목표 인장강도를 확보할 수 있다.

[표 2] 온도에 따른 Nb 고용도

온도	1130℃	1150℃	1170℃	1180℃	설계치
고용도	0.023	0.029	0.031	0.039	0.04

상술된 바와 같이, Si과 Nb를 함유하고 있는 슬라브를 가열로에서 가열할 때 가열온도가 1170℃ 이하인 경우에 적스케일은 발생하지 않으나 Nb의 고용도의 저하로 인해 충분한 인장강도를 확보하는 것이 불가능해지고, 가열온도가 1180℃ 이상인 경우에는 Nb가 완전 고용되어 충분한 인장강도를 확보할 수 있으나 적스케일이 발생하는 문제점이 야기된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국특허 출원번호 제1995-68439호에는 Si의 조성을 0.036~0.12%로 유지하는 기술이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 기술은 산세이전의 열연재에는 가능하나 산세후의 표면품질은 보증할 수 없는 문제점을 안고 있다. 한편, 스케일을 제거하기 위한 펌프의 용량을 300kg/㎠로의 증대시키는 기술이 공지되어 있으나, 이는 과다한 경상투자 비용이 소요되는 문제점이 발생한다.

따라서, 기존 성분 및 스케일제거용 펌프의 용량(180kg/㎠)을 감안하여 가열로에서부터 권취공정까지의 압연조건을 최적화하여 적스케일 발생을 방지하고 또한 재질의 인장강도를 확보할 수 있는 방안이 필요하다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저탄소강에 Si 0.01중량%, Nb 0.04중량%가 첨가된 자동차용 고장력 PO제품의 적스케일 제거 및 재질특성을 확보하기 위하여 열연공정에서의 가열로 분위기 온도 및 가열시간과, 슬라브온도와, 조압연 디스케일 및 후면온도와, 사상압연 디스케일 및 후면온도와, 냉각개시온도(이하, 권취온도라 함) 등을 적절히 제어하는 Si/Nb 함유 PO강판 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 열연제조장치의 구성도.

도 2a는 열연제조장치의 가열로의 구성도.

도 2b는 가열로 내부의 온도분포를 나타낸 그래프.

도 3a는 SiO₂-FeO-Fe₂O₃의 상태도.

도 3b는 스케일과 지철의 계면에 형성된 적스케일의 사진.

도 3c는 적스케일의 확대사진.

도 4는 1170℃의 추출온도에서 인장강도의 분포상태를 나타낸 그래프.

도 5는 추출온도와 가열대 및 균열대에서의 체류시간에 따른 적스케일의 발생빈도를 나타낸 그래프.

도 6a는 열연조건이 인장강도에 미치는 영향을 나타낸 실험 결과도.

도 6b는 도 6a를 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명에 따라서 인장강도의 분포상태를 나타낸 그래프.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면 중량%로, 탄소(C) 0.04~0.10%, 실리콘(Si) 0.01~0.04%, 망간(Mn) 0.10~0.17%, 인(P) 0.015% 이하, Nb 0.04%, 잔부는 철(Fe) 및 불가역 불순물을 함유한 슬라브를 가열로에서 가열하고 열간압연한 후 산세처리 및 도유처리하여 PO강판으로 제조하는 방법은 상기 슬라브를 상기 가열로의 예열대에서 790℃~810℃의 온도로 예열하는 단계와, 예열된 슬라브를 상부온도가 1260℃~1280℃로 유지된 가열대에서 50분~70분 동안 체류시켜 상기 슬라브의 온도를 1130℃~1150℃로 유지하는 단계와, 가열된 상기 슬라브를 상기 가열로의 균열대에 45분~55분 동안 유지시키는 단계와, 상기 가열로의 균열대로부터 추출되는 상기 슬라브의 추출온도를 1165℃~1175℃로 유지하는 단계와, 상기 균열대에서 추출된 슬라브를 990℃~1010℃에서 조압연하는 단계와, 사상압연 후에 슬라브를 570℃~590℃의 온도에서 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고 종래 구성과 동일한 구성은 동일 도면번호를 부여한다.

본 발명에 따르면, 적스케일 형성에 요구되는 인자를 선정하고, 선정된 인자 이외의 항목을 도출하여 재질특성을 확보할 필요성이 있다. 즉, 적스케일은 상술된 바와 같이 Si 함유 슬라브의 가열시 강종 특성상 1170℃ 이상의 온도에서 표면에 저융점 산화물이 생성될 때 발생된다. 그리고, 슬라브를 고온에서 장시간 유지시키는 경우에 FeO와 지철 사이의 계면에 저융점 산화물이 융착되어, 스케일 제거작업이 극도로 불량하게 된다. 따라서, 가열로의 온도와 더불어 상기 슬라브를 가열로에 체류시키는 체류시간이 중요한 요소이다.

이에 근거하여, 가열로(12)에서 슬라브(1a)를 추출시킬 때 추출온도와 가열로(12)에 체류시키는 체류시간에 따른 실험 결과, 도 5에 나타난 바와 같이 가열로에서의 추출 직전의 슬라브 온도를 1170℃ 이하로 유지하고, 가열대에 체류하는 체류시간을 70분 이하로 유지하고, 균열대에 체류하는 체류시간을 50분 이하로 유지하고, 가열대에서의 분위기온도를 1280℃ 정도로 유지한 경우에 적스케일이 적은 양호한 표면품질의 PO강판을 확보할 수 있었다.

이와 같이 적스케일에 치명적인 인자(추출온도, 가열대/균열대 체류시간, 가열대 분위기온도) 및 그 관리 수준을 설정하였으며 이에 부가하여 Nb 첨가 스트립의 특성상 가열로(12)에서 적정온도를 확보하지 못함으로써 인장강도가 불량해지는 것을 방지하기 위한 방안이 요구된다. 즉, 도 4에 나타난 바와 같이 슬라브(1a)의 추출온도가 1170℃ 이하인 경우에 인장강도 불량율이 60% 이상으로 발생하였음을알 수 있다.

따라서, 적스케일을 발생시키지지 않으면서 양호한 인장강도를 확보하기 위해서는 적스케일 영향인자 이외의 항목을 선정할 필요성이 있다.

이를 위하여, 열연 조건별로 인장강도에 미치는 영향도를 실험데이타로 나타낸 도 6a 및 도 6b를 참조한다.

데이타 분석 결과 가열대(12b)에서의 슬라브 온도, 균열대(12c)에서의 슬라브 온도, 조압연 온도(RDT), 권취온도(CT)가 인장강도에 영향을 주는 인자로 선정되며, 그 통계적 회귀식은 다음과 같다.

TS = 42.7 + 0.0210(가열대 슬라브온도)+ 0.0282 RDT - 0.0567 CT …(1)

상기 식(1)을 이용하여 인장강도(TS) 61kg을 확보하기 위해서는 가열대에서의 슬라브 온도를 1140℃, 조압연 온도(RDT)를 1000℃, 권취온도(CT)를 580℃로 유지함으로써 가능하다는 것을 알 수 있었다.

이때, 가열대에서의 슬라브 온도는 가열로 내에서 스케일 치명인자, 즉 가열대에서의 분위기온도, 체류시간 및 추출온도의 영향을 받기 때문에, 이를 감안하여 가열대에서의 슬라브 온도를 1140℃로 확보하기 위해서는 가열대에서의 슬라브 온도에 관련된 다른 회귀식이 필요하였고, 그 통계적인 회귀식 작성결과 다음과 같은 식을 얻을 수 있었다.

가열대 슬라브 온도 = -829 + 1.22(가열대에서의 분위기 온도) + 0.333(예열대에서의 슬라브 온도) + 2.89(가열대에 체류하는 시간) …(2)

상기 식(2)에서 얻어진 회귀식을 바탕으로 적스케일 형성에 민감한 온도인 가열대에서의 분위기 온도와, 가열대에서 체류하는 시간을 각각 스케일 미발생 구역인 1170℃ 이하와 65분 이하로 고정하고, 목표로 하는 가열대에서의 슬라브 온도를 1140℃로 얻기 위해서는 예열대에서의 슬라브 온도를 800℃ 이상으로 확보할 필요가 있었다.

이상의 결과를 종합해 보면 적스케일을 발생시키지 않는 조건은 가열로 추출 직전의 온도를 1180℃ 이하로 유지하고, 가열대에서 슬라브를 체류시키는 시간을 65분 이하로 유지하고, 균열대에서 슬라브를 체류시키는 시간을 50분 이하로 유지하고, 가열대에서의 분위기온도를 1270℃로 유지하는 것이 중요하였다. 즉, 인장강도(TS)를 61kg 이상으로 확보하기 위해서는 가열대에서의 슬라브 온도를 1140℃로 유지하고, 조압연 온도(RDT)를 1000℃로 유지하고, 권취온도(CT)를 580℃로 유지하는 것이 중요하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 예열대에서의 슬라브 온도를 790~810℃로 유지하고, 가열대에서의 상부 온도를 1260~1280℃로 유지하고, 가열대에 슬라브를 체류시키는 체류시간을 50~70분으로 유지하고, 가열대에서의 슬라브 온도를 1130~1150℃로 유지하고, 균열대에서 슬라브를 체류시키는 체류시간을 45~55분으로 유지하고, 슬라브를 추출할 때의 추출온도를 1165℃~1175로 유지하고, 조압연 온도(RDT)를 990~1010℃로 유지하고, 권취온도(CT)를 570~590℃로 유지하는 경우에 도 7에 나타난 바와 같이 적스케일을 발생시키지 않으면서 인장강도(TS)를 61kg 이상으로 확보할 수 있었다.

한편, 가열로의 특성상 상술된 바와 같은 제어를 효과적으로 실시하기 위해서는 최소한 동일소재가 21매 이상 투입되어야 한다.

따라서, 본 발명에 따르면 가열로 분위기 온도 및 슬라브 체류시간과, 슬라브 온도와, 조압연 온도와 권취온도를 제어하여 Si/Nb 함유 슬라브를 열간압연하고 산세처리 및 도유처리함으로써 적스케일의 형성을 감소시키고 또한 양호한 인장강도를 갖는 PO강판을 제조할 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims

중량%로, 탄소(C) 0.04~0.10%, 실리콘(Si) 0.01~0.04%, 망간(Mn) 0.10~0.17%, 인(P) 0.015% 이하, Nb 0.04%, 잔부는 철(Fe) 및 불가역 불순물을 함유한 슬라브를 가열로에서 가열하고 열간압연한 후 산세처리 및 도유처리하여 PO강판으로 제조하는 방법에 있어서,

상기 슬라브를 상기 가열로의 예열대에서 790℃~810℃의 온도로 예열하는 단계와,

예열된 슬라브를 상부온도가 1260℃~1280℃로 유지된 가열대에서 50분~70분 동안 가열하여 상기 슬라브의 온도를 1130℃~1150℃로 유지하는 단계와,

가열된 상기 슬라브를 상기 가열로의 균열대에 45분~55분 동안 유지시키는 단계와,

상기 가열로의 균열대로부터 추출되는 상기 슬라브의 추출온도를 1165℃~1175℃로 유지하는 단계와,

상기 균열대에서 추출된 슬라브를 990℃~1010℃에서 조압연하는 단계와,

사상압연된 슬라브를 570℃~590℃의 온도에서 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Si/Nb 함유 PO제품 제조방법.