KR100635074B1 - 조대 석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법 - Google Patents
조대 석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 열간압연 공정에서 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 항복강도 56kgf/㎟이상의 고강도 고인성 강재를 제조하는 방법에 있어서, 성분계의 구성을 C : 0.05~0.09%, Si : 0.15~0.25%, Mn : 1.4~1.7%, Mo : 0.2~0.35%, Ni : 0.1~0.3%, Nb : 0.03~0.05%, V : 0.03~0.05%, Ti : 0.015~0.03%, N : 0.004~ 0.01 %, S : 0.003% 이하 P : 0.02% 이하로 하고, 슬라브 재가열온도 1150~1200℃, 조압연 종료온도 960℃이하, 마무리 압연 종료온도 840~790℃로 하여 압연하며, 사상압연시 압하율을 60% 이상으로 하여 열연강판을 제조함으로써 안정적으로 열연강판의 인성을 높일 수 있으므로 고온변형저항의 증가로 인한 열연공정 부하가 심화되지 않아 압연 및 권취조업을 이상없이 효율적으로 할 수 있는 장점이 있는 것이다.
조대 석출물, 열간 압연공정, 고인성재, 저온압연, 오스테나이트, 재결정
Description
도 1은 본 발명을 적용한 발명강과 비교강의 온도에 따른 샤르피 (Charpy) 에너지를 나타낸 것으로 Ti의 효과를 보여주는 그래프,
도 2은 본 발명을 적용한 발명강들의 온도에 따른 샤르피 (Charpy) 에너지를 나타낸 것으로 N의 효과를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 열간압연 공정에서 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 조대 석출물을 활용하여 인성을 확보하고, 고온변형저항을 증가시키는 Mo의 일부를 Ni로 대체하여 열간압연공정의 부하를 줄이는 조대 석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 열연강판의 인성을 확보하기 위한 대표적인 종래의 기술로서 Nb를 활용한 저온압연 기술이나 저온재가열 기술이 알려져 있는 바 저온재가열 기술은 오스테나이트의 성장을 억제할 목적으로, 저온압연 기술은 오스테나이트의 재결정을 억제하는 방법으로 일반화되어 활용되고 있다.
열연고강도강에서는 성분계상으로 0.03~0.05%의 Nb를 기본적으로 오스테나이트의 재결정을 억제하기 위하여 사용하고 있으며, 다른 원소들은 강도의 조정이나 인성개선을 위하여 사용하는 추세에 있다. 상기한 종래의 기술로부터 성분계를 0.05%Nb-V로 사용하고 저온압하를 조압연 구간에서부터 80%이상의 수준을 확보하여 강도와 인성을 동시에 개선하는 것이 알려져 있다.
슬라브 재가열시의 조직변화는 0.005~0.03%Ti성분계를 기반으로 구성되고 있는데, 강도확보방안으로서는 0.0005~0.0025%B(일본국 특허공개 평9-263828호 공보)또는 0.1~0.5%Mo를 활용하고 있으며, N은 미량원소로 취급하여 상한 0.005%만을 규정하고, Si는 상한 0.5%를 규정하고 있으며, 0.05~0.15%Zr, 0.05~1.00%Cu, 0.05~ 3%Ni를 활용하여 고인성 고강도강을 제조하는 방법도 알려져 있다.
일본국 특허공개 평10-17929호 공보에 게시된 청구항 2에는 0.01~0.4%Si, 0.01~0.5%Cu, 0.01~1.5Cr, 0.01~1.5%Ni, 0.01~0.8W를 활용하여 후판 중심부의 인성을 개선하는 것이 나타나 있다.
상기한 성분계의 구성에 있어서는 Ti와 N의 활용방법이 성분구성상에서 구체적이지 못하며, 제어하기 위한 온도 설정 범위도 과다하게 넓게 설정되어 있다. 그리고 인성을 개선하기 위한 B, Zr, Cr등의 특수원소 활용은 제품설계를 복잡하게 할 수 있으며, 특히 B첨가강의 경우는 큰 소입성으로 인하여 안정적인 인성의 확보가 어렵고, Mo첨가강의 경우는 고온변형저항의 증가로 인한 열연공정 부하가 심화되어 압연 및 권취 조업상에 문제가 많다.
그러므로 항복강도 56kgf/㎟이상의 고강도강에서 인성품질과 조업성을 확보 하기 위해서는 낮은 변형저항특성과 동시에 인성품질의 안정성이 확보되어야 한다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 고인성 열연강판 제조방법이 갖는 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 조대 석출물을 활용하여 인성을 확보하고, 고온변형저항을 증가시키는 Mo의 일부를 Ni로 대체하여 열간압연공정의 부하를 줄이는 조대 석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 조대 석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법은 항복강도 56kgf/㎟이상의 고강도 고인성 강재를 제조하는 방법에 있어서, 성분계의 구성을 C : 0.05~0.09%, Si : 0.15~0.25%, Mn : 1.4~1.7%, Mo : 0.2~0.35%, Ni : 0.1~0.3%, Nb : 0.03~0.05%, V : 0.03~0.05%, Ti : 0.015~ 0.03%, N : 0.004~ 0.01%, S : 0.003% 이하 P : 0.02% 이하로 하고, 슬라브 재가열온도 1150~1200℃, 조압연 종료온도 960℃이하, 마무리 압연 종료온도 840~790℃로 하여 압연하며, 사상압연시 압하율을 60% 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명 조대 석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법을 상세하게 설명한다.
먼저 각성분계의 역활과 범위의 설정 이유를 설명하면, C는 강도 확보를 위해 일반저탄소강 성분계의 고함량부위를 설정한다. C가 0.09%를 초과하는 경우에는 연주공정에서 표면 크랙(Crack)이 발생할 수 있으며, 0.05% 이하인 경우는 Nb, V석 출에 화학양론적으로 문제가 야기된다. 따라서 C는 0.05~0.09%로 하는 것이 바람직하다.
Si는 Fe3C 고용강화 기능과 탄화물의 형태를 제어하는 역활을 하며, 과잉첨가되는 경우 펄라이트(Pearlite)가 형성되어 파괴특성을 열화시키는 작용을 하게되므로 0.15~0.25%로 하는 것이 좋다.
Mn은 강도확보를 위해 1.4%를 하한으로 설정하였으며, 1.7%를 초과하는 경우에는 슬라브 응고시 편석이 심화되어 파면에 수직을 이루는 균열이 발생하게 되므로 1.4~1.7%로 하는 것이 바람직하다.
Nb는 결정립 미세화를 위해 첨가하는 원소로서 미세화 효과가 최대화되는 0.5%이하 부근의 0.03~0.05% 성분계로 설정한다.
V는 Nb-V의 복합탄화물 형성을 통한 석출강화의 목적으로 첨가하는 것으로서, 0.05%이상이 첨가되는 경우에는 석출강화가 과다하여 인성을 저해하는 요소가 되므로 0.03~0.05%로 하는 것이 좋다.
Ti는 TiN석출물을 형성하기 위해 첨가하는 것으로서, 0.015~0.03% 범위로 하여 TiN석출물의 분율조정시 석출물간 간격이 직경의 12~15배가 되도록 한다.
N은 TiN석출물의 구성원소로서, 상기 Ti와 동일한 개념으로 0.004~0.01%를 설정하며, 이를 초과하는 경우 고용질소로 작용하여 취성을 유발할 수 있다.
P,S는 불순원소로서 과잉되는 경우 P는 입계취화를 유발하게 되고, S는 편석되는 Mn과 결합하여 MnS개재물을 형성하기 때문에 강의 변형시 중심부 분리가 나타날 수 있으므로 P 0.02% 이하, S 0.003% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Ni,Mo는 항복강도 56kgf/㎟ 이상의 강도를 확보하기 위해서는 변태강화를 필연적으로 도입하여야 하며 이를 도입하는 방법이 Mo 및 Ni를 첨가하는 것으로, 기존 강들은 0.3% Mo를 변태강화를 위하여 많이 이용하였지만, 고온 변형저항을 과다하게 올리는 작용이 있으므로 본 발명에서는 일부를 Ni로 대체하여 사용하고, Ni가 고온변형 저항을 증가시키지 않는 이유는 변형저항을 증가시키는 요인으로 작용하는 석출거동이 압연중에 일어나지 않기 때문이며, Mo 0.2~0.35%, Ni 0.1~0.3%로 하는 것이 좋다.
상기한 바와 같이 구성된 성분계는 1160℃근처의 온도에서 재가열되는 경우 0.1~0.3㎛의 조대 석출물을 형성하면서 재가열중에 오스테나이트가 과다 성장하는 것을 억제하게 된다.
상기한 성분으로 구성된 슬라브를 조압연 실시 후 840~790℃구간에서 사상압연되는 경우 미세한 결정립이 형성되며, 그 동안에 TiN 석출물은 페라이트의 핵으로 작용하게 된다.
그리고 570~620℃에서 권취를 실시하는 경우 완전히 변태를 완료한 구간으로서 조직의 불균일성이 제거될 수 있으며, 권취후에는 (Nb, V)C의 복합석출에 의한 석출강화가 이루어지게 된다. 여기서 Ni를 첨가한 효과는 변형저항을 줄여 압하력과 권취력이 과다하게 걸리게 되는 것을 막아주는 것이며, 압연강판상에서 Tin의 조대한 석출물은 파괴의 기점으로 작용하기는 하나 공극으로 형성되는 연성파괴를 촉진하는 효과를 가지기 때문에 취성파면으로 천이되지는 않는다.
실시예
하기 표 1은 본 발명강과 비교강의 성분계를 나타낸 것이다. 표 1에 나타낸 성분계로 구성된 슬라브를 2시간의 재가열 과정을 거쳐서 50%조압연(950℃), 70%의 다듬질압연(840℃)의 공정을 거쳐서 15㎜두께의 열간압연 강판을 제작하고, 샤르피 (Charpy) 충격시험을 통하여 인성평과를 실시하였다.
그 결과 표 1에 나타낸 대부분의 성분계가 항복강도 56kgf/㎟를 만족하였으나 질소가 100ppm첨가된 비교강 2는 강도가 부족하였다. 충격시험결과는 표 1에 나타나있는 -50℃에서의 값이 대표적인 경향을 보여주고 있는데, Zr이 첨가된 비교강 15는 상온에서부터 낮은 충격치를 보였으며 취성파괴 경향을 보였다. Si가 과다첨가되는 경우는 펄라이트(Pearlite) 조직에 기인된 충격치의 편차가 심하였다. 석출강화가 많이 되는 비교강 4의 경우는 충격특성이 불량한 반면에 발명강들은 모두 양호한 충격치를 나타냈다.
| 사상 | C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti | Mo | Ni | N | Al | CvE |
| 발명강1 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 20 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.2 | 40 | 0.03 | 122 |
| 발명강2 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 30 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.3 | 40 | 0.03 | 196 |
| 발명강3 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 30 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.3 | 60 | 0.03 | 136 |
| 발명강4 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 20 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.3 | 40 | 0.03 | 100 | |
| 비교강1 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 20 | 0.05 | 0.05 | 0.3 | 40 | 0.03 | 53 | ||
| 비교강2 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 20 | 0.05 | 0.05 | 0.3 | 100 | 0.03 | 63 | ||
| 비교강3 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 50 | 0.05 | 0.05 | 0.3 | 40 | 0.03 | 47 | ||
| 비교강4 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 20 | 0.05 | 0.02 | 0.02 | 0.3 | 40 | 0.03 | 61 | |
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| 비교강11 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 30 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.3 | 40 | 0.03 | 63 |
| 비교강12 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 30 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.3 | 40 | 0.03 | 72 |
| 비교강13 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 30 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.3 | 100 | 0.03 | 205 |
| 비교강14 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 30 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.3 | 100 | 0.03 | 67 |
| 비교강14 | 0.07 | 0.2 | 1.5 | 150 | 30 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.15 | 0.3 | 60 | 0.03 | 28 |
* 비교강 15는 Zr 0.15% 포함하고, P, S, N은 ppm단위이며, 그외는 wt%단위임.
도 2는 온도에 따른 샤르피 (Charpy) 에너지를 나타낸 것으로서, 발명강 1의 경우 Ti를 단독으로 첨가해도 첨가하지 않은 비교강 1에 비하여 우수한 경향을 나타내고, N을 제어하는 발명강 2의 경우에는 더 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 하지만 질소가 과다첨가 되는 비교강 10, 13의 경우에는 입계탄화물의 구상화가 심하여 강도가 떨어지는 결과를 가져오게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명 조대 석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법에 의하면 간단하면서 안정적으로 열연강판의 인성을 높일 수 있으므로 고온변형저항의 증가로 인한 열연공정 부하가 심화되지 않아 압연 및 권취조업을 이상없이 효율적으로 할 수 있는 장점이 있다.
Claims (1)
- 항복강도 56kgf/㎟이상의 고강도 고인성 강재를 제조하는 방법에 있어서,성분계의 구성을 중량%로 C : 0.05~0.09%, Si : 0.15~0.25%, Mn : 1.4~1.7%, Mo : 0.2~0.35%, Ni : 0.1~0.3%, Nb : 0.03~0.05%, V : 0.03~0.05%, Ti : 0.015~0.03%, N : 0.004~ 0.01%, S : 0.003% 이하 P : 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 하고, 슬라브 재가열온도 1150~1200℃, 조압연 종료온도 960℃이하, 마무리 압연 종료온도 840~790℃로 하여 압연하며, 사상압연시 압하율을 60% 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 조대석출물에 의한 고강도 고인성 열연강판 제조방법.
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