KR100454745B1

KR100454745B1 - 고항복비를 갖는 용융아연도금강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100454745B1
Application number: KR10-2000-0068608A
Authority: KR
Inventors: 강용식; 김중봉
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2004-11-03
Also published as: KR20020038390A

Abstract

본 발명은 고항복비를 갖는 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 C, Mn, Nb을 기본 성분계로 하여 합금 설계를 단순화하면서도 조직 내에 미세한 페라이트를 형성시키므로써 인장강도가 58kgf/㎟ 이상이면서 항복강도가 적어도 44kgf/㎟ 이상인 구조용 열연 용융아연도금강판을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용융아연도금강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C: 0.13~ 0.17%, Mn: 1.2~ 1.4%, P: 0.05%이하, S: 0.05%이하, sol. Al: 0.02~ 0.045%, Nb: 0.02~ 0.03%를 함유한 슬라브를 1150~ 1200℃에서 재가열하고, Ar₃변태점 이상에서 마무리 열간압연한 후, 560~ 630℃에서 저온 권취한 다음, 권취된 열연코일을 용융아연도금하고, 용융아연도금된 강판을 공냉시킨 다음, 공냉된 강판을 0.1%이하의 압하율로 조질압연하는 고항복비를 갖는 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고항복비를 갖는 용융아연도금강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING HOT ROLLED GALVANIZED IRON STEEL SHEETS HAVING HIGH YIELD RATIO}

본 발명은 데크플레이트(deck plate), 파이프 등의 소재로 사용되는 용융아연도금강판의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연신율 20%이상이고 58kgf/㎟ 이상의 인장강도를 갖으면서도 항복비가 높은 용융아연도금 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

데크플레이트, 토류판(土流板), 파이프, 자동차용 보강재, 주차설비 등의 구조용 소재로서 사용되는 용융아연도금 열연강판(hot rolled galvanized iron; HGI)은 대개 45kgf/㎟ 이하의 인장강도를 갖으며, 고탄소강에 Mn을 첨가한 성분계로 제조된다. 그러나, 최근 국내 수요가들 사이에서는 원가절감을 위해 강판의 두께를 더욱 줄인 강판을 사용하면서도 고강도 사양을 갖는 강판을 보다 선호하고 있는 추세에 있다. 예를들면, 기존의 인장강도 45kgf/㎟ 이하의 구조용 강판의 두께를 줄여 경량화하면서도 좀더 강도가 높아진 인장강도 55kgf/㎟ 이하의 고강도 용융아연도금 열연강판을 사용하고 있다. 이러한 55kgf/㎟ 이하의 HGI강재의 최대 장점은 기존의 열연강판을 구조물로 가공한 후 열연침적(hot dipping)하는 제조공정에 비하여 제조원가가 절감되고 도금층상에 합금층 발달이 없어 우수한 내식성을 보유하고 있다는 점이다. 그러나, 55kgf/㎟ 이하의 HGI강재를 제조할 때 C, Mn을 기본 성분계로 이용하는 경우 인장강도는 높지만 연신율이 낮아지고, 특히 항복강도가 낮아 가공시에 균열 발생이 일어나곤 하였다. 또한, C, Mn을 다량 함유한 55kgf/㎟ 이하의 HGI강재는 열연 권취온도에 매우 민감하여 같은 코일에서도 길이방향별 강도 편차가 크다는 단점이 있다. 따라서, 55kgf/㎟ 이하의 HGI강재보다 높은 인장강도를 갖는 HGI를 제조하는 경우 대체로 C, Mn 기본 성분계에 Si, P, Nb과 V 등과 같은 석출강화형 원소를 다수 첨가해야만 하나, 이 경우 성분 조정이 어려울 뿐만 아니라 연신율이나 항복강도가 낮아 가공시 균열 발생이 더욱 심해지는 경향이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서 그 목적은 C, Mn, Nb을 기본 성분계로 하여 합금 설계를 단순화하면서도 조직 내에 미세한 페라이트를 형성시키므로써 인장강도가 58kgf/㎟ 이상이면서 항복강도가 적어도 44kgf/㎟ 이상인 구조용 열연 용융아연도금강판을 제공하는데 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용융아연도금강판의 제조방법에 있어서,

중량%로, C: 0.13~ 0.17%, Mn: 1.2~ 1.4%, P: 0.05%이하, S: 0.05%이하, sol. Al: 0.02~ 0.045%, Nb: 0.02~ 0.03%를 함유한 슬라브를 1150~ 1200℃에서 재가열하고, Ar₃변태점 이상에서 마무리 열간압연한 후, 560~ 630℃에서 저온 권취한다음, 권취된 열연코일을 용융아연도금하고, 용융아연도금된 강판을 공냉시킨 다음, 공냉된 강판을 0.1%이하의 압하율로 조질압연하는 고항복비를 갖는 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 슬라브 중에 함유되는 탄소는 강판의 강도 확보 측면에서 가장 유효한 원소로서 그 함량은 0.13~ 0.17중량%(이하, 단지 `%')로 설정함이 바람직하다. 만일, 탄소가 0.13% 이하일 경우 강도 확보가 어렵고 슬라브 연속주조후 균열 민감 영역이므로 피해야 하며, 0.17%를 초과할 경우 강도가 지나치게 높아지고 연신율이 감소하여 두께 1.6mm 이하의 박물 압연시 압연부하가 많이 걸릴 뿐만 아니라 강도가 권취온도에 민감하게 변하므로 재질편차가 증가하여 균질한 재질확보 측면에서 불리하다.

상기 Mn은 고용강화원소로서 탄소와 더불어 강도 확보 및 Ar₃변태점을 저하시키는 측면에서 다량 첨가하는 것은 유리하지만 소지철의 고강도와 더불어 적정한 연성 확보 측면에서는 1.2~ 1.4%의 범위로 첨가하는 것이 좋다. 즉, Mn의 함량이 1.4%를 초과하게 되면 제조원가가 높아지는 것은 물론이지만 연성확보에 문제가 있고, 1.2%이하로 첨가되면 강도가 미달되어 바람직하지 않다.

상기 P나 S는 강중에 불가피하게 존재하는 원소로서 가공성에 악영향을 미치므로 가능한한 그 함량은 각각 0.015% 이하로 관리함이 바람직하다.

상기 sol. Al은 강의 탈산에 필요한 원소로서, 통상 수준인 0.02~ 0.04%의 범위로 관리함이 바람직하다.

상기 Nb는 입자 미세화 및 입내에 석출물을 미세하게 분포시키는 석출강화형 원소로서, 고강도 구조용강에 있어 매우 중요한 항복강도나 인장강도와 함께 항복비를 높이는 역할을 한다. 즉, Nb는 모재내에서 NbC 탄화물을 형성하여 입내에 미세하게 분포시키므로써 고강도를 확보하는 역할을 한다. 그러나, 본 발명에 부합되는 목표강도를 얻기 위해서는 그 함량을 0.02~ 0.03%의 범위로 설정함이 바람직하다.

본 발명에서는 상기한 조성을 기본조성으로 하는 강 슬라브를 통상의 온도조건, 바람직하게는 1150~ 1200℃ 수준에서 재가열하여 추출한다. 추출온도가 너무 높을 경우 열연 강판에 스케일이 많이 생성되어 표면 품질이 저하되고, 낮은 경우 마무리 온도 확보가 곤란하여 1.6mm 이하의 박물재를 제조할 때 압연부하가 커지는 단점이 있다.

상기 추출된 슬라브는 Ar₃변태점 이상에서 마무리 열간압연한다. Ar₃변태점 이상에서 마무리 열간압연하는 것은 통상적인 조업조건이나, 균일한 재질 확보를 위해서 중요하다. 바람직하게는 870~ 910℃의 온도에서 열간압연을 마무리하는 것이다.

그 후, 마무리 열간압연된 강판 스트립은 저온 권취를 행하여야 한다. 이는 저온권취를 행함으로써 재질을 미세화하여 고강도를 확보하기 위함이다. 본 발명의 Nb첨가강의 경우 약 560~ 630℃에서 저온 권취하는 것이 바람직하다. 만일 권취온도가 너무 높으면 입자가 조대화되어 본 발명에서 원하는 인장강도 확보가 곤란하며, 너무 낮은 경우 입자가 지나치게 세립화되어 강도는 높으나 연신율이 크게 저하되어버린다.

이렇게 권취된 열연코일은 용융아연도금하여 용융아연도금된 강판을 공냉시킨다. 이때, 용융아연도금은 통상의 방법으로 행하여도 무방하다. 예를들면, 용융아연도금은 Al: 0.14~ 0.20%, Pb: 30ppm 이하, Sb: 30ppm 이하, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 용액이 함유된 욕조를 사용하면 더욱 바람직하다. 상기 용융아연도금욕액중에 Pb, Sb 성분이 포함되어 있으면 인산암모늄 용액 등을 분사하여 제로스팡글(zero spangle) 용융아연도금강판을 제조할 때 분사자국이 pitting 형태를 보임에 따라 표면 조도가 거칠어져 3개월 정도 경과후 입계에 편석 현상이 일어나 도금박리를 유발하거나 또는 벤딩가공후 표면이 검게 변하는 현상이 생기므로 가능한 한 Pb와 Sb가 거의 없는 용액을 사용하는 것이 우수한 도금밀착성과 표면품질 확보에 매우 유리하다. 그리고, 용융도금이 약 430~ 460℃에서 이루어짐을 고려할 때 상기 도금욕조에 침적 전에는 열연코일 스트립을 약 440~ 500℃의 범위에서 가열함이 바람직하다.

그 다음 용융아연도금이 행해진 강판은 공냉하고, 공냉된 강판을 0.1%이하의 압하율로 조질압연을 행한다. 조질압연은 강판에 적정 조도를 부여하면서 형상을 교정하기 위해 필요하다.

이렇게 제조된 본 발명의 용융아연도금 열연강판은 그 조직의 크기가 13정도인 미세한 페라이트가 형성되어 인장강도가 적어도 58kgf/㎟이상, 항복강도가 적어도 44kgf/㎟ 이상, 그리고 연신율이 20% 이상 유지되면서 구조물로 가공할 때 경시 도금 박리나 흑변 현상이 크게 개선되는 특징이 있다. 특히, 본 발명에 의하면 열연코일을 종래의 강판 두께보다 더 얇은 범위, 즉 1.4~ 4.5mm의 두께까지로 확장하여 HGI 제조가 가능하다.

보다 바람직하게는 본 발명에서 목표로 하는 기계적 특성을 만족하도록 강 성분, 권취온도(CT), 및 강판의 두께(t)를 수학식1, 2와 같이 적절히 제어하는 것이다.

항복강도(YP) = a+ b[%C]+ c[%Mn] + d[%Nb] - e×CT - f×t

(단, a, b, c, d, e, f는 상수)

인장강도(TP) = a' + b'[%C] + c'[%Mn] + d'[%Nb] - e'×CT - f'×t

(단, a', b', c', d', e', f'는 상수)

즉, 수학식1, 2와 같은 회귀식을 통해 먼저 기계적 특성을 설정한 후, 성분과 온도, 그리고 두께를 조절하면 사전에 재질 불량을 방지하면서 본 발명에 부합되는 HGI제조가 용이해진다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로 국한되지 아니한다.

[실시예]

하기표 1과 같은 조성을 갖는 슬라브를 제조하여 약 1150~1200℃에서 2시간 동안 가열한 후, 880℃에서 마무리 열간압연을 행하여 최종 두께 1.4~ 3.0mm인 코일을 얻었다. 이후, 각각의 코일을 표1과 같은 온도에서 권취를 행한 다음, 다시권취된 코일을 산세 용융아연도금라인(pickling & galvanizing line; PGL)에서 그 표면을 산세한 후, 산세된 코일을 440~ 500℃에서 가열하여 용융도금을 행하였다. 이때, 용융도금은 Al: 0.14~ 0.20%, Pb: 30ppm이하, Sb: 30ppm이하를 포함한 아연도금욕을 사용하였으며, 욕조의 온도는 430~ 460℃에서 행하였다. 이렇게 도금된 강판은 조질압연기에서 bright롤을 사용하여 75톤의 압하력(0.1%이하의 압하율)을 부여하면서 조질압연을 행하였다.

이와같이 제조된 각각의 강판에 대하여 기계적 특성을 조사하여 그 결과를 표1에 나타내었다.

구분	화학조성(중량%)	두께(mm)	권취온도(℃)	기계적 특성
구분	C	두께(mm)	권취온도(℃)	Si	Mn	P	S	sol. Al	Nb	항복강도(kgf/㎟)	인장강도(kgf/㎟)	연신율(%)	항복비(%)
종래재1	0.040	0.01	0.25	0.012	0.009	0.036	-	1.6	650	30.0	37.6	37	79.8
종래재2	0.120	0.01	0.50	0.013	0.010	0.035	-	1.6	600	34.7	47.8	32	72.5
종래재3	0.160	0.01	0.80	0.011	0.009	0.032	-	1.6	620	39.9	54.4	28	73.3
종래재4	0.180	0.01	0.80	0.010	0.009	0.034	-	1.6	600	40.5	55.1	27	73.5
비교재	0.130	0.01	0.90	0.010	0.010	0.035	0.015	1.6	620	44.7	53.8	31	83.1
발명재1	0.147	0.01	1.35	0.011	0.006	0.037	0.024	1.53	590	53.6	61.3	24	87.4
발명재2	0.147	0.01	1.35	0.011	0.006	0.037	0.024	3.0	580	53.9	61.5	27	85.7
발명재3	0.142	0.01	1.28	0.017	0.008	0.017	0.021	1.4	610	53.2	62.1	24	87.3

표1에서 보는 바와 같이, 일반 저탄소강인 종래재(1)는 페라이트 조직을 보이고는 있으나 그 크기가 11 정도로서, 인장강도가 30kgf/㎟급을 나타내고, Mn 함유 중탄소강인 종래재(2)는 인장강도 41kgf/㎟급을, 그리고 다른 Mn함유 중탄소강인 종래재(3)(4)는 입자크기가 12정도인 페라이트 조직을 갖으나, 여전히 인장강도 45kgf/㎟급을 나타내고 있었다. 또한, Nb이 첨가된 중탄소강인 비교재는 인장강도50kgf/㎟급으로서, 본 발명에 부합되는 강도에 미달됨을 보이고 있다.

반면, 본 발명의 경우 강 조성을 수학식 1a, 2a에 의해 조절하여 슬라브를 주조한 후, 강판의 두께와 권취조건을 맞추어 제조한 것으로서, 발명재(1-3)의 강들은 입자크기가 13정도로 미세한 페라이트 조직을 보여 인장강도가 적어도 58kgf/㎟ 이상이면서 연신율이 적어도 20% 이상, 그리고 항복강도가 적어도 44kgf/㎟ 이상을 보이고 있다.

항복강도(YP) = 38.1+ 35.8[%C]+ 14.2[%Mn] + 374[%Nb] - 0.0186CT - 1.958t

인장강도(TP) = 49.8 + 59.9[%C] + 15.6[%Mn] + 16[%Nb] - 0.0264CT - 1.18t

또한, 발명재(3)의 경우에는 열간압연에서 두께를 1.4mm로 제조가 가능하면서도 매우 우수한 기계적 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 C, Mn, Nb을 기본 성분계로 하여 합금 설계를 단순화하면서도 조직내에 미세한 페라이트를 형성시키므로써 인장강도가 58kgf/㎟ 이상이면서 항복강도가 적어도 44kgf/㎟ 이상인 구조용 열연 용융아연도금강판을 제공할 수 있으며, 이렇게 제공된 강판은 데크플레이트(deck plate), 파이프 등의 소재로 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

용융아연도금강판의 제조방법에 있어서,

중량%로, C: 0.13~ 0.17%, Mn: 1.2~ 1.4%, P: 0.05%이하, S: 0.05%이하, sol. Al: 0.02~ 0.045%, Nb: 0.02~ 0.03%의 조성을 함유한 슬라브를 1150~ 1200℃에서 재가열하고, Ar₃변태점 이상에서 마무리 열간압연한 후, 560~ 630℃에서 저온 권취한 다음, 권취된 열연코일을 용융아연도금하고, 용융아연도금된 강판을 공냉시킨 다음, 공냉된 강판을 0.1%이하의 압하율로 조질압연함을 특징으로 하는 고항복비를 갖는 용융아연도금강판의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 조성은

항복강도(YP) = a+ b[%C]+ c[%Mn] + d[%Nb] - e×CT - f×t(단, a, b, c, d, e, f는 상수)

인장강도(TP) = a' + b'[%C] + c'[%Mn] + d'[%Nb] - e'×CT - f'×t(단, a', b', c', d', e', f'는 상수)를 만족하도록 설정함을 특징으로 하는 제조방법.