KR100455084B1 - 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량%로, C: 0.14∼0.18％, Mn: 0.5~0.7％, P: 0.02％ 이하, S: 0.015％ 이하, Al: 0.02∼0.06％, Nb: 0.01~0.02％, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 1150∼1200℃로 가열하고 860~900℃에서 열간압연한 후 580∼640℃의 온도범위에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 산세하고 및 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 670∼700℃로 가열하고 용융아연 도금욕에 침적하여 도금하는 단계;로 이루어지는 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 용융아연 도금욕에는 Al 0.14∼0.25％, Pb≤50 ppm, Sb≤50 ppm, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물이 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법{Method for manufacturing high intensity cold rolled galvanized strip}

본 발명은 용융아연 냉연도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 고강도가 요구되는 데크 플레이트(Deck Plate), 스틸하우스 스터드(Stud), 파이프, 자동차용 보강재 및 자동차부품 등에 사용되는 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판(CGI: Cold Rolled Galvanized Iron)의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 융융아연도금강판은 도금소재에 따라 용융아연 열연도금강판(Hot Rolled Galvanized Iron : HGI)과, 용융아연 냉연도금강판(CGI)로 대별되며, 최근 수요가들이 지속적인 원가절감을 위해 기존 CGI 일반강 및 인장강도 400 N/㎟ 이하의 구조용강에 비하여 강판두께를 낮추고 강도가 높아진 인장강도 450 N/㎟ 이상의 고강도강판에 대한 공급요구가 지속적으로 증가되고 있다. 이에 따라, 인장강도 450 N/㎟ 이상의 고강도에 항복강도가 높은 고항복비형이면서 적정 연신율을 보유하는 CGI의 개발 필요성이 대두되었다.

이러한 기계적 성질을 보유하는 강판은 굽힘가공이 용이하고 가공후 외부하중이나 충격, 화재 등에 대한 변형저항이 뛰어나 강판두께를 하향시킬 수 있다.

종래 인장강도 450 N/㎟급 CGI 강판을 제조하는 방법은 중탄소강에 망간(Mn)을 첨가하는 것을 기본 성분계로 하여 출강, 열간압연 및 냉간압연 후에 연속 아연 도금설비(CGL)에서 재결정온도 이하의 온도범위에서 고속으로 열처리하면서 용융아연 도금을 실시한다.

이러한 탄소(C), Mn 성분계로 구조용강을 제조할 경우 인장강도는 높고 항복강도가 낮으며, 또한 열처리온도 및 CGL 라인 스피드에 매우 민감하여 재질편차가 매우 크고 KS 규격기준에서 벗어나는 불량율이 20％이상 발생하였다.

그리고 재결정온도 이하인 620~640℃의 저온소둔을 하는 경우에 열처리 온도에 있어서 일반강의 760℃, 400 N/㎟ 구조용강의 680℃와 비교하여 50~130℃ 차이가 나기 때문에 연결작업이 매우 곤란하여 적정온도를 맞추기 위해 연결 코일(Coil)을 2 개이상 사용한다. 연결 코일을 사용하지 않은 상태에서 온도를 급격히 낮추고 라인 스피드를 갑자기 높이게 되면 CGL의 가열로(Furnace) 내에서 스트립(Strip)이 사행하게 되어 로내 판파단이 발생하게 되어 막대한 생산손실을 가져오게 된다.

또한, 이 연결 코일은 전량 정상판매가 곤란한 불량품으로 처리되어 자원낭비와 제조원가를 증가시키는 큰 문제점이 있다. 열연강판을 산세후 냉간압연한 코일은 1,000톤 이상의 롤 포스(Roll Force) 등으로 인해 강판의 에지(Edge) 및/또는 중심부에 웨이브(Wave) 형태의 형상결함이 존재하는데, CGL에서의 저온열처리로 인해 형상교정이 미흡하여 웨이브 결함에 따른 불량이 자주 발생하였다.

열처리 온도를 660℃ 이상으로 유지하는 경우에, 형상교정이 가능하나 강도미달이 발생하게 된다. 항복강도 및 인장강도가 높고 적정연신율이 확보되지 않은 강판은 가공시 크랙이 발생하여 클레임이 제기되기도 하였다. 일반적으로 C가 많이 첨가되면 열연 스케일이 많이 발생하여 열간압연시 압연부하가 발생하고 스케일 결함이 증가하게 된다.

Mn은 열연 권취온도에 매우 민감하여 동일 코일에서 길이방향별 강도편차가 큰 문제점이 있다. 일반적으로 강도를 높이는데 유효한 원소로는 C, 고용강화 원소인 Mn, 석출강화 원소인 납(P)과 니오븀(Nb), 바나듐(V)이 있고 열연 및 냉연강판은 실리콘(Si)을 첨가하기도 한다.

그러나 P을 다량 첨가시 편석으로 인하여 가공시 크랙발생이 쉽고, Si은 저가원소로서 강도확보에 용이하나 용융도금성을 저해하는 난도금성 원소이므로 통상 0.03％ 이하로 규제하고 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 데크플레이트등 건축, 토목자재 및 자동차부품 등에 사용하는 인장강도 450 N/㎟ 이상의 고항복비형 고강도 구조용강의 제조를 통해 강판의 두께를 감소시켜서 경량화를 실현하고, 항복강도, 인장강도, 연신율의 재질편차와 형상불량을 개선할 수 있는 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 중량％로, C: 0.14∼0.18％, Mn: 0.5~0.7％, P: 0.02％ 이하, S: 0.015％ 이하, Al: 0.02∼0.06％, Nb: 0.01~0.02％, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 1150∼1200℃로 가열하고 860~900℃에서 열간압연한 후 580∼640℃의 온도범위에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 산세하고 및 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 670∼700℃로 가열하고 용융아연 도금욕에 침적하여 도금하는 단계;로 이루어지는 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법에 있어서, 상기 용융아연 도금욕에는 Al 0.14∼0.25％, Pb≤50 ppm, Sb≤50 ppm, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물이 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에서의 각 성분의 첨가이유, 수치한정이유를 설명한다. 또한, %는 중량%를 나타낸다.

탄소(C)는 강도확보 측면에서 유효한 원소로서 0.14~0.18％로 한정하여 적정강도와 연신율이 목표수준으로 확보되도록 하였다. C가 0.14％ 미만인 경우 강도확보가 어렵고, 슬라브 연속주조시 크랙(Crack) 민감영역을 형성하므로 이를 피해야 한다. C가 0.18％를 초과한 경우 강도가 지나치게 높아지고 연신율이 감소하며, 압연부하로 두께 2.3mm 이하의 박물압연이 곤란하게 된다.

또한, 강도가 권취온도에 민감하게 변함으로써 재질편차가 증가하여 균질한 재질확보 측면에서 불리하게 작용한다. 일반적으로 CGI의 강도에 있어서, 유효원소는 C, Mn, Nb이고, 이외에 열연권취온도 및 CGL 소둔온도 등도 영향을 미친다.

C, Mn, Nb성분이 증가될수록 강도는 높아지며 반대로 연신율은 감소한다. 권취온도가 저온일수록 입자 미세화에 의해 강도가 증가하며, 강판두께가 두꺼울수록강도가 감소하므로 두께 그룹별로 적정하게 제조기준을 별도로 적용하여 재질 불량을 예방하여야 한다.

망간(Mn)은 고용강화 원소로서 C와 더불어 강도 확보 및 Ar₃변태점을 저하 시키기 때문에 혼립조직 방지에 유리하나 소지철의 고강도 및 적정 연성확보를 위하여 0.5∼0.7％로 제한하였다. Mn이 0.5％ 미만시 강도미달이 발생하고, 0.7％ 초과시 제조원가가 높아지고 연성 확보에 문제가 발생한다.

인(P)은 석출강화 원소로서, 황(S)은 강중 불순물로서 강중에 각각 불가피하게 존재 하나 성분함량이 높으면 가공성에 나쁜 영향을 미치므로 P은 0.02％ 이하로 한정하고, S은 0.015％ 이하로 한정하였다.

알루미늄(Al)은 강의 탈산에 필요한 원소로서 탈산에 필요한 통상 수준인 0.02∼0.06％로 한정하였다. 니오븀(Nb)은 석출강화형 원소로서 입자미세화 및 입내에 석출물을 미세하게 분포시킴으로서 고강도 구조용강에 있어 중요한 항복강도, 인장강도와 함께 항복비를 높일 수 있으며, 제조원가 및 목표강도 등을 고려하여 0.01~0.02％로 제한하였다.

이하, 상기와 같은 조성성분을 갖는 본 발명의 제조조건의 한정 이유에 대해 설명한다.

우선, 슬라브를 통상수준의 가열로에서 2시간 가열후 1150~1200℃ 온도 수준에서 추출하도록 하였다. 추출온도가 1150℃ 미만인 경우 Ar₃변태점 이상 온도 확보가 곤란하고, 2.3mm 이하의 박물재 제조시 압연부하를 초래하는 문제점이 발생한다. 추출온도가 1200℃ 초과인 경우 열연강판 표면에 스케일이 많이 생성되어 표면품질을 저해하게 된다.

이후, 상기 슬라브를 Ar₃변태점 이상인 860~900℃에서 열간압연후 580∼640℃의 저온권취를 실시하여 입자미세화에 의해 고강도를 확보하도록 하였다. 일반적으로 열연강판은 권취온도가 높아질수록 강도가 저하되는 경향을 보인다. 권취온도가 640℃ 초과인 경우 소지철의 결정립도가 커져 강도확보가 곤란하다. 또한, 권취온도가 580℃ 미만인 경우 입자가 지나치게 세립화되어 강도가 상승하고 연신율은 저하되어 안정적인 재질확보가 곤란하다. Nb첨가강의 경우 권취온도가 580∼640℃ 구간에서 안정적이고 높은 강도를 나타낸다.

이후, 상기와 같이 제조된 열연강판을 산세 및 냉간압연 후 연속 아연도금설비에서 660∼700℃ 온도범위로 가열하고, 도금욕에 침적하여 용융아연도금을 행하며, 이때 도금욕에 침적되는 강판의 온도는 440~470℃ 범위로 하는 것이 바람직하다. Al: 0.14∼0.25％, Pb≤50 ppm, Sb ≤50 ppm, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물이 포함된 용융아연 도금욕에 냉연강판을 침적하여 도금함으로써 항복강도 340 N/㎟ 이상, 인장강도 450 N/㎟ 이상, 연신율 25％ 이상의 고강도, 고연성 및 고항복비의 기계적 성질과 표면형상 및 도금밀착성이 우수한 용융아연 도금강판을 제조한다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

(실시예)

아래의 표 1에는 발명재, 비교재 및 종래재의 화학성분을 나타내고 표 2는 그 기계적성질을 나타내었는 데, 종래재 1은 인장강도 440 N/㎟급 고장력강, 종래재 2는 저탄소강, 종래재 3은 인장강도 400 N/㎟급 구조용강, 종래재 4는 인장강도 400 N/㎟급 구조용강이다.

또한, 비교재 1은 인장강도 450N/㎟급 구조용강이다. 반면에 발명재 1, 2는 비교재 1에 비해 Mn을 0.2％ 하향, Nb성분을 0.01~0.02％ 첨가하였으며, CGL에서의 열처리온도를 700℃와 670℃로 각각 상향하여 CGL 작업성 개선 및 형상개선이 되도록 하였다.

[표 1]

성분 구분	화 학 성 분(wt ％)
	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb
종래재 1	0.073	0.01	0.97	0.052	0.008	0.004	-
종래재 2	0.038	0.01	0.26	0.011	0.007	0.022	-
종래재 3	0.136	0.02	0.46	0.012	0.005	0.032	-
종래재 4	0.158	0.01	0.75	0.011	0.006	0.043	-
비교재 1	0.160	0.01	0.79	0.013	0.007	0.035	-
발명재 1	0.173	0.01	0.57	0.012	0.006	0.033	0.014
발명재 2	0.152	0.01	0.58	0.015	0.004	0.022	0.011

상기 성분을 함유하는 발명재 1, 2를 연주공정에서 슬라브를 제조한 후 1150~1200℃ 범위에서 2시간 재가열한 후, 최종 두께 2.0~4.5mm로 열간압연하여 열연강판을 제조하였다. 이때 열간 마무리 온도는 880℃로 하였고, 권취온도는 아래의 표 2에 나타낸 바와 같이 600∼620℃ 범위로 하였다.

이후, 산세 및 냉간압연공정을 통해서 산세하고 및 목표두께로 냉간압연하여 완전경화 코일(Full hard coil)을 제조한다. 이 코일을 670~700℃로 가열 후, 440∼470℃로 아연도금욕에 침적하여 도금하였다. 그리고 CGI는 표면품질이 우수해야 하므로 피팅마크, 흐름무늬 및 생산후 3개월 경과후 강판표면이 검게 변하는 흑변현상이 없어야 한다. 일반적으로 Pb, Sb가 스팽글(spangle) 입계에 존재하면 시간경과 후 입계에 편석하여 경시 도금박리를 유발한다.

도금욕의 Pb, Sb성분이 포함되면 제로(zero) 스팽글 제조를 위해 인산암모늄 용액 등을 분사하는데 분사자국이 피팅형태를 보임에 따라 표면 및 조도가 거칠어져 3개월 시간 경과후 또는 벤딩가공후 표면이 검게 변하게 된다. 그래서 레귤러(regular) 스팽글 형성원소인 Pb, Sb 성분을 각각 50ppm 이하, Al 0.14∼0.25％, 나머지는 Zn 및 기타 불가피한 성분을 함유한 도금욕 성분으로 용융아연도금하여 경시박리를 방지하고 표면품질을 개선하여 가공시에 경시 도금박리 및 흑변 현상을 해결하였다.

또한, 강판의 적정 조도부여와 형상교정을 위해 스킨 패스 밀(Skin pass mill)에서 1.0％이하의 연신율로 조질압연을 하였다.[표 2]

구분	열연권취온도(℃)	CGL 열처리온도	용융아연 냉연도금강판(CGI)	비고
			항복강도 (N/㎟)		인장강도 (N/㎟)	연신율(%)	항복비(%)
종래재1	700	841	332	517	30	64.2	YP 미달
종래재2	660	736	264	348	43	75.9	YP,TS 미달
종래재3	620	680	311	418	37	74.4	YP,TS 미달
종래재4	620	680	295	441	38	66.9	YP,TS 미달
비교재1	620	620	540	660	15	81.8	El미달,형상불량
발명재1	620	700	399	488	31	81.8	양호
발명재2	600	670	436	523	28	83.4	양호

위의 표 2에는 열간압연후 권취온도, CGL 열처리온도 및 용융아연 도금강판의 기계적 성질을 나타내었다. 발명재 1,2는 미세한 페라이트(Ferrite)로 구성되어 있다. 종래재 및 비교재와 대비하여 항복점(YP) 및 인장강도(TS)와 항복비가 개선되어 규격기준을 충족할 뿐만 아니라 형상 품질도 개선되어 구조용강의 중요한 품질특성인 외부 변형이나 화재 등에 대해 우수한 변형저항을 나타낼 수 있으며, 또한 최소 연신율(El)이 27％ 이상으로 롤 포밍(Roll Forming) 및 부품가공시 가공 크랙 발생을 방지할 수 있어 최적의 재질실적을 나타내고 있다.

발명재의 소지철 페라이트 조직은 입도 사이즈 12로 종래재 입도 9.5~11.5 대비 미세하며, NbC 탄화물이 입내에 미세하게 분포하여 고강도를 확보함을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법에 따르면, 데크 플레이트, 스틸하우스 스터드, 파이프, 자동차용 보강재 및 자동차부품 등과 같이 높은 항복, 인장강도와 적정 가공성이 요구되는 CGI강판을 제조시, 재질편차를 획기적으로 감소하고 고항복비형의 구조용강으로서 연신율을 상향하므로써 강도상승에 따른 강판 두께 하향으로 소재구매 원가절감에 따른 경쟁력확보와 함께, 자원 및 에너지 절감을 도모하고 품질면에서도 우수한 기계적성질, 형상품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 중량%로, C: 0.14∼0.18％, Mn: 0.5~0.7％, P: 0.02％ 이하, S: 0.015％ 이하, Al: 0.02∼0.06％, Nb: 0.01~0.02％, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 1150∼1200℃로 가열하고 860~900℃에서 열간압연한 후 580∼640℃의 온도범위에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 산세하고 및 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 670∼700℃로 가열하고 용융아연 도금욕에 침적하여 도금하는 단계;로 이루어지는 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법에 있어서,

   상기 용융아연 도금욕에는 Al 0.14∼0.25％, Pb≤50 ppm, Sb≤50 ppm, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 고항복비형 고강도 용융아연 냉연도금강판의 제조방법.