KR100478659B1 - 심가공성이 우수한 연질냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Ti, Nb 등의 탄질화물 형성원소가 첨가되지 않은 극저탄소강을 소재로 열간직송압연을 실시함으로써 심가공성이 우수한 연속소둔 연질냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 극저탄소강의 연속주조공정, 열간압연공정, 권취공정, 산세 및 냉간압연공정 및 연속소둔공정을 통하여 연질냉연강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 극저탄소강은 100ppm 이하의 C, 0.02% 이하의 Si와, 0.015중량% 이하의 S, 0.02% 이하의 P와, 0.01~0.2%의 산가용Al과, 0.005% 이하의 N 및 0.002~0.03%의 Cu를 함유하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 극저탄소 알루미늄킬드강으로 조성하여 연속주조하고, 상기 열간압연공정은 열연 재가열공정을 거치지 않고 고온 상태의 슬라브를 직접 열간압연공정에 투입하여 조압연을 한 후, 텐덤형식의 압연기로 온도가 700~930℃ 사이중 Ar3-30℃ ~ Ar3구간은 제외된 온도영역에서 마무리압연을 하고, 상기 권취공정은 500~750℃의 온도구간에서 열연판을 권취하고, 상기 연속소둔공정은 680℃이상의 온도에서 연속소둔함을 특징으로 하는 심가공성이 우수한 연질냉연강판의 제조방법(청구항)을 특징으로 하여, 무첨가 극저탄소강으로도 양호한 심가공성의 확보가 가능함으로써 심가공용 냉연강판의 제조비용을 낮출 수 있으며, 열간직송압연법에 의하여 생산성 향상, 제조기간 단축 및 에너지 절감의 효과가 있다.

Description

심가공성이 우수한 연질냉연강판의 제조방법{Producing method of cold rolled soft steel plate having deep drawing quality}

본 발명은 주로 자동차 내, 외판용으로 사용되는 심가공용 연질냉연강판의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 Ti, Nb 등의 탄질화물 형성원소가 첨가되지 않은 극저탄소강(이하 '무첨가 극저탄소강')을 소재로 열간직송압연을 실시함으로써 심가공성이 우수한 연속소둔 연질냉연강판을 경제적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 심가공용 냉연강판을 제조에 있어서 양호한 성형성의 확보를 위하여 통상 제강공정에서 C, N과 같은 침입형 고용원소의 양을 수십ppm 이하로 극도로 낮추며, 단순히 강중 침입형 고용원소의 양을 낮추는 것만으로는 DDQ(Deep Drawing Quality)급의 심가공성을 갖는 냉연제품을 제조하는 것은 매우 어렵기 때문에 별도로 탄질화물 형성원소인 Ti,Nb 등을 단독 또는 복합첨가한 소위 극저탄소 IF(Interstitial Free)강을 이용하여 제조하는 것이 보통이다.

한편, 상기의 Ti 및 Nb 등을 강중에 첨가하여 냉연강판을 제조하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여 압연방향에 평행한 {111} 집합조직이 발달하여 딥드로잉성이 크게 개선되는 현상이 나타나는 바, 그에 대한 메커니즘은 아직 이론적으로 명확하게 밝혀져 있지 못한 상태임은 주지의 사실이다.

예컨데 강중에 형성된 탄질화물 자체가 집합조직을 발달시킨다는 석출물설(일본철강협회 공동연구회 철강부회편,1982,73등), Ti, Nb가 고용원소로 존재하여 성형성이 개선된다는 고용원소설(철과강,82,p.35, 철과강,81,p.185등) 및 강중 고용탄소 저감설(제140회 니시야마 기술강좌, 1991,p.35등)이 제시되어 있다.

그러나 이러한 이론들은 현행의 주요 열간압연방식으로서 연주후 냉각된 슬라브를 재가열로에 장입한 후, 추출하여 압연하는 방식인 냉편장입압연(Cold Charge Rolling)에서 나타나는 현상에 대한 메커니즘으로서 제시된 이론들로써, 그 어느 것도 현재 IF강의 제조시 나타나는 현상을 모두 설명할 수 있는 이론들은 아니다.

다만, 강중에 미량 존재하는 침입형 고용원소(특히 고용탄소)의 석출 및 고용현상과 집합조직의 형성과의 사이에 밀접한 관계가 있다는 점은 상기 이론들에서 공통적으로 인식되고 있는 사실이다.

종래의 IF강을 이용한 심가공용 냉연강판의 제조기술은 현재 일본 신일본제철의 전신인 야와타에서 세계 최초로 출원한 Ti첨가강을 필두로 하여, 미국 Armco사의 Nb첨가강, 신일본제철의 개량 Ti첨가강, 가와사키제철의 Ti-Nb복합첨가강 등이 있었다.

상기와 같은 종래 기술이외에도 성분 조성방법 및 제조조건에 있어서 그 한정조건이 조금씩 상이한 수 많은 관련 종래 기술들에 대한 특허출원이 전세계적으로 있었음이 잘 알려져 있다.

이러한 종래 기술의 공통점은 모두 탄질화물 형성원소로서 알려져 있는 Ti, Nb, W, Mo, V, Cr 등의 원소를 강중에 첨가한다는 점이다.

그러나 이와 같은 종래 기술은 IF강을 이용하여 심가공용 연질냉연강판을 제조하기 위하여서는 강중에 값 비싼 첨가원소들을 첨가해야 하기 때문에 제조비용의 상승은 불가피하다는 문제점이 있었다.

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본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 가공성에 유리한 집합조직의 형성기구가 강중에 존재하는 고용원소의 석출 및 고용거동과 관계가 깊으며, 또한 열간직송압연 방식을 이용하는 경우는 상기의 석출, 고용거동이 크게 달라진다는 점에 착안하여 안출된 것으로써, 극저탄소강을 소재로 연질냉연강판을 제조하는데 있어서, Ti, Nb등의 탄질화물 형성원소를 첨가하지 않고도 열간직송압연을 실시함으로써, 심가공성이 우수한 냉연강판을 경제적으로 제조하는 기술을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심가공성이 우수한 연질냉연강판의 제조방법은 극저탄소강의 연속주조공정, 열간압연공정, 권취공정, 산세 및 냉간압연공정 및 연속소둔공정을 통하여 연질냉연강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 극저탄소강은 100ppm 이하의 C, 0.02% 이하의 Si와, 0.015중량% 이하의 S, 0.02% 이하의 P와, 0.01~0.2%의 산가용Al과, 0.005% 이하의 N 및 0.002~0.03%의 Cu를 함유하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 극저탄소 알루미늄킬드강으로 조성하여 연속주조하고,

상기 열간압연공정은 열연 재가열공정을 거치지 않고 고온 상태의 슬라브를 직접 열간압연공정에 투입하여 조압연을 한 후, 텐덤형식의 압연기로 온도가 700~930℃ 사이중 Ar3-30℃ ~ Ar3구간은 제외된 온도영역에서 마무리압연을 하고,

상기 권취공정은 500~750℃의 온도구간에서 열연판을 권취하고,

상기 연속소둔공정은 680℃이상의 온도에서 연속소둔함을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 근거가되는 사실과, 본 발명의 구성을 표를 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

최근 새로운 기술로서 개발된 압연방식으로서 연주후 고온상태의 슬라브를 직접 열간압연공정에 투입하여 압연하는 방식인 열간직송압연(Hot Direct Rolling) 공정에 상기 극저탄소강을 투입하여 압연하는 경우, 슬라브가 받는 열이력이 기존의 CCR공정의 경우와는 전혀 다르기 때문에 강중 고용원소의 석출 및 고용거동이 크게 달라질 소지가 존재한다.

따라서 이러한 새로운 현상을 이용하면 값비싼 합금원소를 첨가하지 않으면서도 심가공용 내연강판을 제조할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 심가공성 냉연강판의 제조방법 중 첨가 원소의 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 강중 탄소(C)는 침입형 고용원소로 작용하여 냉연 및 소둔시 강판의 집합조직 형성과정에서 가공성에 유리한 {111} 집합조직의 형성을 저해할 뿐 만 아니라, 열연 마무리압연시에도 고용원소가 많이 존재하면 가공성에 좋지 않다고 알려진 {100} 및 {110}집합조직이 열연판에 강하게 형성되어 그 영향이 소둔후까지도 잔존하므로 그 양을 100ppm 이하로 한정하였다.

강중 Si는 적스케일 유발원소일 뿐 만 아니라, 강중함유량이 0.03% 이상이면 도금성이 크게 저하하므로 그 양을 0.02% 이하로 제한하였다.

강중 S는 고온취성 유발원소이므로, 또한 P는 입계취성 결함 유발원소이므로 상기 결함을 피할 수 있는 양인 0.015중량% 이하 및 0.02% 이하가 되도록 각각 제한하였다.

강중 산가용Al은 그 양이 0.01% 이하인 경우는 탈산이 불완전할 수 있으며, 또한 0.2%이상인 경우는 경제적으로 불리하므로 그 함량을 0.01~0.2%로 한정하였다.

강중 N은 그 양이 0.005% 이상인 경우는 가공성이 크게 저하하므로 그 함유량을 0.005% 이하로 제한하였다.

마지막으로, 강중 Cu는 기존의 Nb, Ti첨가 극저탄소강에서의 강중 질소, 황, 탄소등의 원소와 원자당량적으로 결합하고 잉여로 남을 수 있도록 첨가되는 Ti 및 Nb와 같은 역할을 하는 원소로서, 그 양이 0.002% 이하인 경우는 강중에 석출물이 제대로 형성되지 않기 때문에 고성형성의 확보가 어렵고, 또한 그 양이 0.02% 이상인 경우는 연신율이 저하할 뿐 만 아니라 경제적으로도 불리하므로 그 함유량을 0.002~0.03%로 한정하였다.

상기 Cu 함량의 한정범위는 통상 제강단계에서 생산성 향상을 위하여 용선에 투입하는 스크랩으로부터 자연적으로 유입되는 양과 비슷한 정도이기 때문에 별도로 고가의 Cu를 첨가할 필요는 없다

한편 기존의 Ti, Nb첨가 극저탄소강을 이용한 CCR에 의한 압연법에서는 강중에 첨가된 Ti,Nb가 슬라브 냉각중에 이미 질화물(TiN, NbN), 황하물(TiS, Ti4C2S2) 및 탄화물(TiC, NbC등)로 형성되고, 이들이 재가열 단계에서 일부는 더욱 크게 성장하고, 그 후 냉연 및 소둔공정에서 가공성에 유리한 집합조직이 발달하는 과정을 거쳐, 최종 냉연제품에서 우수한 성형성이 확보되는 금속학적 거동을 보이게 된다.

따라서 만일 Ti, Nb 등의 탄질화물 형성원소가 첨가되지 않은 극저탄소강을 이용하는 경우는 상기 석출물들이 형성되지 않기 때문에 r값이 1.8 이상의 심가공성은 확보가 불가능하다(실시예 참조).

하지만 본 발명의 경우처럼 연속주조 후, 열연 재가열공정을 거치지 않고 고온 상태의 슬라브를 직접 열간압연공정에 투입하여 압연을 실시하는 경우는 공지의 경우처럼 탄질화물 형성원소가 첨가되지 않았다 하더라도 과포화된 침입형 고용원소가 압연중 Cu 등의 원소를 매개로 함께 소성유기석출을 일으키므로 C, S, Al, Mn, Cu 등의 원소가 함께 부정형의 복합석출물로서 석출하기 때문에 우수한 성형성을 갖는 냉연제품의 제조가 가능한 것이다.

본 발명에 있어서, 텐덤형식의 압연기로 마무리압연을 실시하는데 있어, 마무리압연의 온도가 700~930℃ 사이중 Ar3-30℃ ~ Ar3구간은 제외된 온도영역이 되도록 한정한 이유는 다음과 같다.

즉, 압연온도가 700℃ 이하인 경우는 압연변형저항이 크게 증가하는 문제가 생길 뿐만 아니라, 930℃ 이상인 경우는 열연판에 거대립이 형성되어 가공성이 저하되는 현상이 발생하기 때문에 일차적으로 그 온도범위가 700~930℃가 되도록 하였으며, 또한 Ar3-30℃ ~ Ar3구간은 금속학적으로 페라이트와 오오스테나이트 조직이 공존하는 구간이므로 조업의 불안정과 함께 최종 제품에서의 가공성 열화가 문제될 소지가 있기 때문에 그 구간에서의 압연을 피하도록 한정한 것이다.

권취온도는 500℃ 이하인 경우 권취시 형상불량의 위험성이 증대되며, 또한 750℃이상인 경우는 스케일 결함이 발생할 가능성이 크므로 그 온도를 500~750℃ 구간이 되도록 한정하였다.

상기와 같은 방식으로 제조한 열연판을 산세 및 냉간압연후 연속소둔을 하는 경우, 종래의 Ti, Nb 첨가 극저탄소강을 이용하는 경우는 Ti 및 Nb가 재결정온도를 크게 상승시키기 때문에 심가공성을 안정적으로 확보하기 위하여서는 통상 800℃ 이상의 고온소둔 작업이 필요하였으나, 본 발명의 경우는 재결정 상승요인이 전혀 없기 때문에 680℃ 이상의 소둔온도라면 충분히 심가공성의 확보가 가능 한 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 표를 이용하여 상세하게 설명한다.

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분조성을 갖는 슬라브 소재로 하기 표2의 제조조건으로 냉연판을 제조하여, 기계적성질을 측정하였으며, 그 결과는 표3에 나타내었다.

화학성분의 조성에 따른 강종

강종	화 학 성 분 (중량%)								비고
	C	Cu	S	P	Sol.Al	N	Ti	Nb
1	0.004	0.013	0.005	0.010	0.038	0.0025	-	-	실시예
2	0.003	0.021	0.009	0.009	0.041	0.0023	-	-
3	0.003	0.008	0.012	0.008	0.032	0.0018	-	-	비교예
4	0.005	0.020	0.007	0.012	0.045	0.0029	0.051	-
5	0.003	0.007	0.009	0.010	0.044	0.0021	0.028	0.015
6	0.004	0.012	0.008	0.008	0.039	0.0020	-	0.065

각각의 강종에 대한 제조조건 비교

강종	슬라브재가열온도(℃)	마무리압연온도(℃)	권취온도(℃)	연속소둔온도(℃)	비고
1	-	796	650	750	실시예
2	-	893	700	695
3	1189	908	670	830	비교예
4	1201	911	680	830
5	1197	910	700	830
6	1210	902	700	830

각각의 강종에 대한 특성 비교

구분	인장강도(kg/mm2)	연신율(%)	r값(Lankford value)	비고
1	27.8	51.5	1.96	실시예
2	28.2	48.1	1.91
3	27.8	47.8	1.59	비교예
4	28.2	47.2	1.84
5	27.3	48.9	1.94
6	29.0	47.5	1.85

상기 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면 Ti 및 Nb등의 탄질화물 형성원소가 첨가되지 않은 극저탄소강을 이용하여 연속주조 직후, 재가열로에 장입하지 않고 곧바로 열간압연을 실시하는 방법에 의하여 종래 Ti,Nb첨가 극저탄소강(강종 4,5,6)을 재가열 후 압연하는 방식에 비해 전혀 연신율 및 r값의 수준이 떨어지지 않음을 알 수 있다.

또한 무첨가 극저탄소강을 기존의 공정에 투입하여 압연한 경우(강종 3)에 비해서는 훨씬 우수한 r값을 갖는 심가공성이 우수한 연질냉연제품의 제조가 가능하게 됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 심가공성이 우수한 연질냉연강판의 제조방법을 사용하면, 열간직송압연(HDR)을 실시하는 경우 종래의 압연법(CCR)의 경우와 강중 석출거동이 크게 달라지는 현상을 이용하여 무첨가 극저탄소강으로도 양호한 심가공성의 확보가 가능함으로써 고가의 합금원소를 투입하지 않고 경제적으로 심가공용 냉연강판의 제조가 가능할 뿐만 아니라, 열간직송압연법의 장점인 생산성 향상, 제조기간 단축 및 에너지 절감의 효과가 있게 된다.

Claims (1)

1. 극저탄소강의 연속주조공정, 열간압연공정, 권취공정, 산세 및 냉간압연공정 및 연속소둔공정을 통하여 연질냉연강판을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 극저탄소강은 100ppm 이하의 C, 0.02% 이하의 Si와, 0.015중량% 이하의 S, 0.02% 이하의 P와, 0.01~0.2%의 산가용Al과, 0.005% 이하의 N 및 0.002~0.03%의 Cu를 함유하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 극저탄소 알루미늄킬드강으로 조성하여 연속주조하고,

   상기 열간압연공정은 열연 재가열공정을 거치지 않고 고온 상태의 슬라브를 직접 열간압연공정에 투입하여 조압연을 한 후, 텐덤형식의 압연기로 온도가 700~930℃ 사이중 Ar3-30℃ ~ Ar3구간은 제외된 온도영역에서 마무리압연을 하고,

   상기 권취공정은 500~750℃의 온도구간에서 열연판을 권취하고,

   상기 연속소둔공정은 680℃이상의 온도에서 연속소둔함을 특징으로 하는 심가공성이 우수한 연질냉연강판의 제조방법.