KR100496563B1

KR100496563B1 - 연속식 열간압연에 의한 저항복비형 고인성 후물강판 제조방법

Info

Publication number: KR100496563B1
Application number: KR10-2000-0081408A
Authority: KR
Inventors: 이승복; 홍영광
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2005-06-23
Also published as: KR20020052129A

Abstract

본 발명은 연속식 열간 압연기에서 고인성 저항복비형 특성을 가지는 열간압연 강판의 제조방법에 관한 것으로, 중량%로 0.045∼0.06 C, 1.5∼1.7 Mn, 0.04∼0.05 Nb, 0.04∼0.05 V, 0.015∼0.025 Ti, 50∼80ppm N, 10ppm이하 S, 200ppm이하 P, 0.02∼0.05 Sol.Al, Mn*+Mo+(Ni+Cr+Cu)/2 가 0.3∼0.5, 나머지가 Fe로 이루어진 슬라브를 재가열로에서 1150∼1180℃로 재가열하고, 재가열된 슬라브를 최종압연후 압연판 표면온도가 950℃이하가 되도록 조압연하고, 조압연된 판을 최종온도가 850℃이하가 되도록 사상압연을 실시하고, 사상 압연된 판을 560∼600℃의 온도로 권취하는 것을 특징으로 하는 연속식 열간압연에 의한 저항복비형 고인성 후물강판의 제조방법(단 상기사항중 Mn*는 Mn이 1.5%를 초과할 때 그 초과분을 의미함)를 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 연속식 열간압연에 의해 저항복비형 고인성후물 강판의 제조가 가능하여 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

연속식 열간압연에 의한 저항복비형 고인성 후물강판 제조방법 {PRODUCTION METHOD OF HIGH TOUGHNESS LOW YIELD RATIO STEEL STRIP IN TANDEM MILL}

본 발명은 고인성 저항복비형 특성을 가지는 열간압연 강판의 제조방법에 관한 것으로서 특히, 연속식 열간압연기에서 상기의 강판을 제조하는 것에 관한 것이다.

기존의 열연강판 제조기술은 주로 권취작업이 없는 후판공정을 기준으로 개발된 특성을 가지고 있다. 일본특허공보(평 5-186823)에서는 0.5∼20%Cu를 첨가한 성분계를 700∼800℃사이의 온도에서 45%이상의 압하를 실시하여 400℃까지 냉각하여 고인성재를 제조하는 방법을 제시하고 있다.

그리고 일본특허공보(소 58-3012)에서는 일반적인 Nb-V-Ti 성분계의 저합금강을 활용하여 저온인성을 확보하는 방법을 제시하고 있는데 저온압연 기술과 500℃이하 온도까지의 가속냉각 방법을 제시하고 있으며, WO 99/05336 에서는 0.05∼0.09%C, 1.6-2.1%Mn함유 저탄소강에서 저온 베이나이트를 활용한 인장강도 900㎫급 고인성재의 제조방법을 제시하고 있다. 하지만 이러한 기술들은 전부 냉각이 자유로운 후판공정을 전제조건으로 개발된 기술들로서

500℃이하의 낮은 압연온도와 500℃이하 저온까지의 강제냉각을 인성확보를 위한 냉각방법으로 활용하고 있다. 그러나 연속식열간압연 공정에서는 연속압연 중에 강제냉각량이 한정되어 있어 압연온도상으로 800℃이하의 온도를 확보하기 어렵고, 냉각방법도 연속식 열간압연공정에서는 15㎜ 이상의 두께에 대해서 적용하는 것이 냉각능력과 권취기의 파워부족 때문에 불가능하다. 그러므로 연속식 열간압연공정에 적용하는데는 권취공정과 냉각의 자유도에서 제한을 가지게 되어 물성을 확보할 수가 없는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 차이와 한계를 고려하여 성분계와 압연조건을 도출하여 열간압연 공정에 적용할 수 있는 고강도 고인성 강재를 저항복비 특성과 함께 부여하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 중량%로 0.045∼0.06 C, 1.5∼1.7 Mn, 0.04∼0.05 Nb, 0.04~0.05 V, 0.015∼0.025 Ti, 50∼80ppm N, 10ppm 이하 S, 200ppm 이하 P, 0.02∼0.05 Sol.Al, Mn*+Mo+(Ni+Cr+Cu)/2 가 0.3∼0.5%, 나머지 Fe로 이루어진 슬라브를 재가열로에서 1150∼1180℃로 재가열하고, 재가열된 슬라브를 최종압연후 압연판 표면온도가 950℃이하가 되도록 조압연하고, 조압연된 판을최종온도가 850℃이하가 되도록 사상압연을 실시하고, 사상 압연된 판을 560∼600℃의 온도로 권취하는 것을 특징으로 하는 연속식 열간압연에 의한 저항복비형 고인성 후물강판의 제조방법을 제공한다. 여기에서 Mn*는 Mn이 1.5%를 초과할 때 그 초과분을 의미한다.

이하에 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 연속식 열간압연 공정에서의 적용성을 부여하기 위하여 기존의 Nb 첨가강의 성분계에 대하여 후물강판의 인성확보를 위하여 파괴장소가 적은 조직을 형성하기 위하여 시멘타이트를 형성하는 원소인 C 함량을 낮추며, Ti를 0.02%첨가하여 조직을 균일화하며, 이와 석출반응 할 수 있도록 50∼80ppmN을 첨가함으로서 인성을 확보하는 것을 핵심수단으로 한다.

본 발명의 핵심인 인성을 확보하기 위한 성분계 구성과 압연조건을 한정한 이유에 대하여 설명한다.

C 함량은 강도를 결정하는 가장 중요한 성분계로서 제 2 상인 퍼얼라이트나 베이나이트의 분율을 결정한다. 일반적으로 석출강화를 이용한 저합금강에서 C 함량은 0.06∼0.09%수준이다. 본 발명은 기본적으로 인성을 확보하기 위하여 일반적인 성분계에서 C 함량을 한 단계 낮추어 0.06% 이하로 함으로써 인성을 확보하는 것을 방법론으로 사용한다. C 함량이 낮아지는 경우 파괴장소로 작용할 수 있는 시멘타이트의 분율이 감소되어 인성은 우수하지만 요구되는 강도를 만족시킬 수 없고, 항복비가 낮아지는 특성을 가지고 있어 0.045%로 제한을 하며 가능하면 퍼얼라이트가 형성되는 700∼650℃를 구간을 빨리 통과함으로써 조대한 시멘타이트의 형성을 최소화 한다.

Mn 은 강도를 구성하는 두 번째 원소로서 강도를 증가시키는 작용과 동시에 응고시의 중심부 편석을 조장하는 작용을 하여 중심부의 MnS 개재물에서 균열발생이 촉진된다. 본 발명에서는 이에 대한 대안으로서 Ca 처리를 실시하여 S 함량을 10ppm 이하로 낮추는 처리를 병행하여 MnS로 형성되어지는 가능성을 제거하여 중심부의 균열을 억제하여 일반적인 한계수준인 1.5%이상의 Mn을 첨가할 수 있도록 하였다. 그리고 추가적으로 첨가되는 양은 변태강화원소의 총량에 의하여 결정되어지도록 하였고, 대표적으로는 0.2%를 추가로 첨가한 1.7%첨가를 기본으로 하였다.

Nb 는 압하율에 의한 인성증대효과를 최대화하기 위하여 첨가된 것으로서 0.045%를 목표로 하여 허용범위로서 0.04∼0.05%범위로 설정하였다. Nb를 첨가하는 경우 압하시에 작용하는 변형효과를 누적시켜 결정립이 미세화되는 작용을 주로하게 된다. 그리고 최종적으로는 페라이트에서 석출하여 석출강화 효과를 가지게 되도록 구성되었다.

V 는 Nb 와 유사한 역할을 하는데 강도증가효과가 크지 않은 특징을 가지고 있으며 0.05%를 초과하는 경우에는 모재경도를 지나치게 증가시켜 인성을 저해시키는 작용을 하게 된다.(비교강 6)

Ti 는 N 과 결합한 석출물로서는 재가열로 조직의 결정립 성장을 억제하고, 탄화물로서는 페라이트의 석출경화 작용을 한다. 본 발명에서는 Ti를 재가열로 조직의 성장억제원소로 사용하기 위하여 0.015%∼0.025%를 첨가하고 해당되는 당량의 N 량 50∼80ppm을 동시에 첨가하는 개념으로 활용을 하였다. 공지기술(평 5-186823, 昭 58-3012)들에서는 N을 단순한 불순물로 취급하지만 본 발명에서는 Ti/N 비를 조정하여 재가열로 온도에서의 석출을 조장하여 재가열로에서 조대한 결정립의 성장을 억제함으로서 압연후 페라이트 조직이 균질하도록 구성을 하였다.

Mo-Ni-Cr-Cu 는 변태강화원소로 활용하였다. 그리고 총량을 결정함에 있어, Mn*+Mo+(Nl+Cr+Cu)/2 이 0.3∼0.5%가 되도록 구성을 한다. Mn*는 Mn함량중 1.5%를 초과한 성분의 값을 의미한다. 일반적으로 Mn,Mo 는 다른 원소에 비하여 강도 증가분이 큰 특성을 가지고 있어 이를 반영한 것이다.

Sol-Al 은 일반적으로 Al 탈산을 한 수준에 해당하는 0.02∼0.05% 수준이다.

상기의 성분계로 구성된 슬라브는 하기의 압연조건에 따라 처리되어 압연되어야 한다.

먼저 재가열로 공정에서 재가열온도는 1150∼1180℃로 재가열 되어진다. 이동안에 TiN 이 석출하여 슬라브의 조직이 조대화되는 것을 억제하게 된다. 재가열온도가 높은 경우에는 TiN 의 분해로 인하여 성장을 억제할 수가 없게 되고, 온도가 낮은 경우에는 슬라브 냉각시에 석출한 석출물들이 분해되지 않아서 압하율효과를 누적시키는 작용과 석출강화 효과를 감소시키게 되어 강도를 보상하기 위한 다른 성분계의 추가적인 첨가가 필요하게 된다.

재가열 공정을 거친 슬라브는 조압연 공정을 거치게 되는데 최종적으로 압연되는 두께는 강판 두께의 4배를 유지하는 것이 필요하다. 이는 사상압연 75%를 유지하는 경우에 최적의 인성특성을 보이는 것을 감안한 것이다. 그리고, 최종압연 후 압연판 표면의 온도는 950℃이하의 온도를 유지하는 것이 필요하다. 이를 초과하는 경우에는 압하효과가 정적 재결정에 의하여 소멸하는 효과를 가져와 인성을 저해하는 요소가 된다.

상기 과정을 거친 압연판은 최종온도가 850℃이하가 되도록 사상압연을 실시한다. 이 경우 사상압연공정중에는 재결정이 억제되어 압연후 출측에서 페라이트 변태가 일어날 때 형성되는 결정립이 미세화될 수 있는 조직으로 형성되어 지게 된다.

압연된 판은 냉각을 거쳐 권취를 실시하게 되는데 권취되는 온도는 변형저항이 큰 강종의 특성 때문에 560℃이하의 권취작업은 불가능하다. 그러므로 권취온도는 560∼600℃로 고정되어지므로 이 온도까지의 냉각에 의한 조직의 제어가 중요한 의미를 가지게 된다. 그 중에서 가장 인성에 유리한 형태는 전단에서 강냉각을 실시하여 상기의 권취온도를 적중시키는 것이다. 전단냉각을 실시하는 경우에 얻을 수 있는 장점은 짧은 시간간격으로 누적압하의 효과를 극대화 할 수 있고 강냉각은 시멘타이트 형성온도인 700∼650℃ 구간을 빠른 냉각속도로 통과하여 조대한 시멘타이트의 형성을 최소화하는 조건이 되기 때문이다.

[실시예]

본 발명의 효과를 증명하기 위하여 표1과 같은 성분계에 대하여 그 효과를 평가하였다. 비교강들은 기존의 성분계인 0.06∼0.09%C 성분계로 구성을 하였으며, 압연은 본 발명의 압연조건을 적용하여 시험편을 제조하였다.

[표1]

발명의 효과를 확인하기 위한 시험성분계
	C	Si	Mn	P	S	Mo	Nb	V	Tl	Ni	Cu	N	S.Al	Cr
비교강1	0.082	0.25	1.71	0.02	0.0028	0.3	0.049	0.049	0.02	0.2		0.005	0.02
비교강2	0.052	0.24	1.87	0.019	0.0029		0.049	0.048	0.02			0.007	0.037
비교강3	0.085	0.23	1.66	0.024	0.0032	0.29	0.054	0.046	0.021			0.005	0.037	0.2
비교강4	0.083	0.26	1.74	0.02	0.003		0.053	0.051		0.4		0.004	0.04
비교강5	0.081	0.24	1.67	0.018	0.003		0.053		0.019	0.41		0.004	0.032
비교강6	0.082	0.26	1.76	0.021	0.0033	0.11	0.064	0.082	0.041			0.006	0.037
발명강7	0.06	0.23	1.77	0.0072	0.0029	0.11	0.048		0.014	0.4	0.17	0.006	0.031
발명강8	0.051	0.27	1.79	0.015	0.003		0.039	0.046	0.019	0.47		0.006	0.038

[표2]

시험성분계의 기계적 성질 측정치
	YS	TS	EI	YR	CvE-40C(J)
비교강1	57.205	78.135	29.985	73.22	52
비교강2	54.35	63.57	32.105	85.80	194
비교강3	64.79	75.315	28.265	89.02	72
비교강4	63.365	71.26	30.285	88.92	71
비교강5	56.21	64.56	30.26	87.06	210
비교강6	62.21	73.645	20.71	84.76	12
발명강7	58.25	69.405	29.73	83.93	196
발명강8	56.67	68	25.215	83.34	172

표2는 이들의 기계적 성질을 보여주고 있다. 표2에 따르면 비교강 1의 경우는 강도 및 항복비(YR) 특성은 우수하지만 경화능이 과다하여 인장강도의 상승이 너무 많았다는 것이 취성 특성에서 나타난다. 비교강 2의 경우는 발명강과 동일한 C 함량으로 구성되어 우수한 인성특성을 보이는 것이 표2와 제2도에서 알 수 있지만 강도부족과 항복비가 85%를 초과하는 것으로 나타나 인장특성이 좋지 않게 나타났다. 그리고 C 함량이 높게 설계된 비교강 3,4,6 에서도 만족할만한 특성이 얻어지지 않았다. 특히 V를 0.08%첨가한 비교강 6에서는 극히 나쁜 인성특성을 보였다. 인성특성에 있어 유일하게 우수한 특성을 보인 성분계는 비교강5 이지만 항복비가 높게 나타났다. 이 경우는 변태강화원소의 부족에 의한 것으로서 보여진다.

발명강 7,8의 경우는 각각의 특성이 잘 만족되고 있는 것을 관찰할 수 가 있다. 그러므로 본 발명의 효과를 가지기 위해서는 인성특성을 가지기 위한 성분계의 구성과 함께 저항복비를 확보할 수 있도록 어느 정도의 변태강화원소를 함유하여야 한다.

본 발명 방법에 따르면 연속식 열간압연에 의해 저항복비형 고인성후물 강판의 제조가 가능하여 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도1은 시험성분계의 온도별 CvE 특성을 나타낸 그래프,

도2는 시험성분계의 온도별 CvE 특성을 나타낸 그래프이다.

Claims

중량%로 0.045∼0.06 C, 1.5∼1.7 Mn, 0.04∼0.05 Nb, 0.04∼0.05 V, 0.015∼0.025 Ti, 50∼80ppm N, 10ppm이하 S, 200ppm이하 P, 0.02∼0.05 Sol.Al, Mn*+Mo+(Ni+Cr+Cu)/2 가 0.3∼0.5, 나머지가 Fe로 이루어진 슬라브를 재가열로에서 1150∼1180℃로 재가열하고, 재가열된 슬라브를 최종압연후 압연판 표면온도가 950℃이하가 되도록 조압연하고, 조압연된 판을 최종온도가 850℃이하가 되도록 사상압연을 실시하고, 사상 압연된 판을 560∼600℃의 온도로 권취하는 것을 특징으로 하는 연속식 열간압연에 의한 저항복비형 고인성 후물강판의 제조방법.

(단 상기사항중 Mn*는 Mn이 1.5%를 초과할 때 그 초과분을 의미함)