KR100711392B1 - 항복강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법 - Google Patents

항복강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법 Download PDF

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    • C21D1/26—Methods of annealing

Abstract

본 발명은 인장강도 40㎏／㎟ 급 고력강 제조방법에 관한 것으로서, 특히 연속소둔설비에서 강판의 두께 및 폭에 따라 조질압연기(SPM:Skin Pass Mill) 연신율을 다르게 적용하고, 상기 강판의 두께에 따라 소둔온도를 다르게 적용함으로써 항복강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 소둔로 및 조질압연기(SPM)를 포함하는 연속소둔설비에서의 항복강도 및 인장강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에 있어서, 폭이 800~1200mm인 강판에 대하여, 두께가 0.5~0.8mm, 0.8~1.0mm, 1.0~1.6mm, 1.6~2.3mm인 경우 SPM 연신율을 각각 0.5~0.7%, 0.6~0.8%, 0.7~0.9%, 0.8~1.0%로 적용하여 조질압연하고, 폭이 1200~1900mm인 강판에 대하여, 두께가 0.5~0.8mm, 0.8~1.0mm, 1.0~1.6mm, 1.6~2.3mm인 경우 SPM 연신율을 각각 0.5~0.7%, 0.5~0.6%, 0.6~0.8%, 0.7~0.9%로 적용하여 조질압연하며, 상기 강판의 두께가 0.5~1.6mm이면 800~820℃의 소둔온도로 소둔을 수행하고, 두께가 1.6~2.3mm이면 790~810℃의 소둔온도로 소둔을 수행한다.
고장력강, 조질압연기(SPM), 연신율, 소둔로, 항복강도, 인장강도

Description

항복강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법{Method for producing high strength steel with tensile strength of 40㎏／㎟ grade having superior yield stress}
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고장력강의 두께별 SPM 연신율 최적 조건 도출을 위한 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 고장력강의 폭별/두께별 SPM 연신율 최적 조건 도출을 위한 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 고장력강의 두께별 소둔온도 최적 조건 도출을 위한 실험결과를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 페이오프릴 12 : 용접기
13 : 전해청정설비 14 : 소둔로
15 : 조질압연기(SPM) 16 : 텐션릴(tension reel)
본 발명은 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에 관한 것으로서, 특히 연속소둔설비에서 강판의 두께 및 폭에 따라 조질압연기(SPM:Skin Pass Mill) 연신율을 다르게 적용하고, 상기 강판의 두께에 따라 소둔온도를 다르게 적용함으로써 항복강도(YP) 및 인장강도(TS)가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동자 연비를 향상시키기 위한 일환으로 자동파 외판재에 사용되는 강판의 무게가 적게 나가면서도 강도가 높은 고장력강에 대한 관심이 증가하고 있다. 기존에 자동차 외판재로 사용되던 연질재는 가공성은 우수하나 외판의 충격에 약하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 연질재를 두껍게 하여 외부 충격에 견딜 수 있도록 하였다. 그러나, 연질재는 강도는 우수하나 두껍기 때문에 무게가 많이 나가므로 자동차 연비 개선에 불리하였다. 이에 따라 제철소에서는 무게는 적으면서도 강도가 우수한 고장력강에 대한 연구 및 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.
일반적으로, 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강은 인장강도(tensile strength)가 40kg/㎟ 급인 냉연(Cold Rolling:CR) 강판으로서 일반 연강(Mild Steel)대비 항복강도(YP:Yield Point) 및 인장강도(TS:Tensile Stress)가 우수하여 자동차 외판재 및 내부 보강재(Member,Reinf류)로 주로 사용되고 있다. 지역별로 고장력강의 정의가 다를 수 있는데, 한국과 일본의 경우 인장강도가 35kg/㎟이상, 미국의 경우 항복강도가 24kg/㎟이상인 강을 말한다. 종래의 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에서는 소둔로 및 조질압연기(SPM)에서 적절한 소둔온도 및 SPM 연신율을 적용하여 원하는 항복강도를 갖는 고장력강을 제조하였다. 이와 같은 제조공정에서 강판의 항복강도를 우수하게 하기 위해서는 소둔온도와 SPM 연신율을 어떻게 설정하느냐가 중요한 요소이다. 종래의 인장강도 40㎏／㎟ 급 고강력강 제조방법에서 적용되는 소둔온도 및 SPM 연신율을 하기 표1과 같다.
[표1]
강판 폭 강판 두께 소둔온도 SPM 연신율 항복강도(YP)
800~1860 mm 0.5~2.3 mm 810 ℃ 0.6 % 262~294 Mpa
상기 표에서 알 수 있듯이, 종래의 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에서는 강판의 전두께 및 전폭에 대하여 소둔온도 및 SPM 연신율을 일률적으로 각각 810℃ 및 0.6%을 적용하기 때문에 강판의 두께 및 폭에 따라 항복강도가 나빠지는 문제점이 있었다. 상기한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 조업자가 소둔온도와 SPM 연신율을 강판의 폭 및 두께에 따라 다르게 적용하였으나 일정한 기준이 마련되어 있지 않아 생산된 고장력강의 항복강도가 변동되는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자들은 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강에서 항복강도를 향상시키는 방법에 대하여 심도있는 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하기에 이른 것으로, 본 발명은 강판의 두께 및 폭에 따라 SPM 연신율을 다르게 적용하고, 상기 강판의 두께에 따라 소둔온도를 다르게 적용함으로써, 강판의 두께 및 폭에 따라 우수한 항복강도를 갖는 고장력강의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고장력강 제조방법은, 소둔로 및 조질압연기(SPM)를 포함하는 연속소둔설비에서의 항복강도 및 인장강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에 있어서,
폭이 800~1200mm인 강판에 대하여, 두께가 0.5~0.8mm, 0.8~1.0mm, 1.0~1.6mm, 1.6~2.3mm인 경우 SPM 연신율을 각각 0.5~0.7%, 0.6~0.8%, 0.7~0.9%, 0.8~1.0%로 적용하여 조질압연하고, 폭이 1200~1900mm인 강판에 대하여, 두께가 0.5~0.8mm, 0.8~1.0mm, 1.0~1.6mm, 1.6~2.3mm인 경우 SPM 연신율을 각각 0.5~0.7%, 0.5~0.6%, 0.6~0.8%, 0.7~0.9%로 적용하여 조질압연하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에서, 상기 강판의 두께가 0.5~1.6mm이면 800~820℃의 소둔온도로 소둔을 수행하고, 두께가 1.6~2.3mm이면 790~810℃의 소둔온도로 소둔을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들에 대하여 상세하게 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조공정 플로우이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조공정에서 페이오프릴(11)에서 빠져나온 고장력강이 용접기(12)에서 용접된 후 전해청정설비(13)를 통과하여 소둔로(14)로 진행한다. 이러한 소둔로(14)는 강판을 환원성 분위기(무산소, 환원가스 등)에서 강판을 약 600~880℃로 열처리하여 소재의 내부응력 제거 및 강종별 가공성을 부여하는 설비이다. 소둔로(14)는 크게 가열설비와 냉각설비로 구성되는데, 보다 구체적으로는 상온의 강판을 예열하는 예열대(preheating section), 강판을 실질적으로 가열하는 가열대(heating section), 균열온도로 유지하는 균열대(soaking section), 강판을 서서히 냉각시키는 서냉대(slow cool section), 강판을 급격히 냉각시키는 급냉대(rapid cool section) 및 강판을 최종 냉각시키는 최종대(final cool section)으로 구성된다. 통상적으로 가열온도는 700~860℃이고, 냉각온도는 400~550℃이다. 가열방식은 복사, 간접가열 등이 이용된다.
소둔로(14)에서 가열 및 냉각된 강판은 조질압연기(SPM)(15)로 이송된다. 조질압연공정은 압하력, 장력에 의한 연신율 확보(약 3% 미만) 및 벤더(Bender) 등에 의해 제품의 편평도 확보를 위해 필요한 공정이며, 또한 저탄, 중저탄소강 연신율 부여에 의한 내시효성 확보로 가공작업시 항복점 연신에 의해 발생되는 스트레인(strain) 결함을 방지한다. 이러한 소둔로(14)는 고객사에서 요구하는 표면성상(조도, 광택도 등)을 조정하는 기능을 수행한다. 이후 강판은 텐션릴(tension reel)(16)에 권취된다.
본 발명의 발명자들은 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강의 제조에 있어서, 항복강도(YP) 불량에 대하여 근본적인 원인에 대하여, 도 1에 도시된 공정에서 소둔로(14)의 소둔온도와 조질압연기(SPM)(15)에서의 SPM 연신율과 밀접한 관련이 있음을 여러 가지 실험을 통해 확인하였다. 즉, 충분한 소둔과정을 거쳐 재질 연화로 항복강도 하향을 유도할 수 있음을 확인하였으며, 극저탄소강의 SPM 연신율 하향에 의한 가공경화를 감소시켜 항복강도 상승 억제가 가능함을 확인하였다.
이에 따라 본 발명자들은 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강의 항복강도에 결정적인 영향을 미치는 인자로서 소둔온도 및 SPM 연신율을 설정하고, 이에 대하여 많은 실험을 통해 고장력강의 정보에 따라 최적 소둔온도 및 SPM 연신율을 도출하기에 이르렀다. 즉, 고장력강의 두께 및 폭별 항복강도의 목표치를 확보할 수 있는 수준의 최적 소둔로 온도를 확보하고, SPM 연신율 최소화로 항복강도 하향 및 형상을 열화시키지 않는 최적의 SPM 연신율을 도출한다.
이하에서, 본 발명자들이 실시한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강의 항복강도 확보를 위한 SPM 연신율의 최적조건 도출에 대한 실험결과를 설명한다.
먼저, 일례로서, 하기 표2는 동일한 크기의 강판에 SPM 연신율을 다르게 적용하였을 경우 SPM 연신율과 항복강도의 실험결과를 나타낸 것이다.
[표2]
SPM 연신율 0% (SPM 미실시) 0.7% 1.4% 1.8% 비고
항복강도 233 257 284 305 비례관계
인장강도 409 412 409 410
상기 표2에서, 동일 크기의 강판에 대하여 SPM 연신율을 다르게 적용하고 재질특성을 비교한 결과 SPM 연신율이 클수록 항복강도 실적이 상승하는 경향이 있음을 알 수 있다.
또한, 하기 표3은 연속소둔라인의 출측 라인속도 변화에 따른 재질특성의 실험결과를 나타낸 것이다.
[표3]
크기 [mm] 속도 구간 SPM 조건 재질특성 [Mpa]
출측속도[mpm] SPM 연신율 [%] 항복강도 인장강도
1.4 x 1420 저속구간(절단시) 40 1.3 263 414
고속구간 450 0.73 255 415
중속구간 160 0.80 250 411
1.6 x 1420 저속구간(절단시) 40 1.4 272 407
고속구간 320 0.83 247 406
중속구간 102 0.95 249 417
상기 표3에서 동일 강판에 대하여 연속소둔라인의 출측 라인속도 변화(예:용접부 및 분할제품 절단작업 수행)시 롤포스는 일정하나 SPM 연신율의 변화에 따라 결과적으로 강판의 항복강도가 차이남을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명자들은 상기에서 도출된 항복강도의 영향인자인 SPM 연신율은 종래에는 강판의 전 크기에 0.6%로 품질설계 항목에 반영하여 운영하였으나, SPM 설비운영의 효율적 측면에서 SPM 연신율을 두께별로 구분하여 최적조건을 도출할 필요가 있어 실험계획법 설계를 실시하였으며(표면반응분석:RSM), 그 결과는 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, SPM 연신율의 크기별 시험에 대한 회귀분석 결과 R2가 38.7%로 높은 유의성을 보였으며, 항복강도의 합격범위(일례로서, 185~285Mpa)의 크기별 최적범위는 2개의 그룹으로 나타났다. 즉, 두께 1.5mm 이하 박물재는 SPM 연신율은 1.0% 이하이고, 1.5mm 이상재는 0.7% 이하로 나타났다.
계속하여, 본 발명자들은 SPM 연신율을 크기별로 2개 그룹(1.5mm이하, 1.5mm이상)으로 구분하였으나, 두께 1.0mm 이하 및 폭별(협폭, 광폭)로 세분화하기 위해 실험계획법 설계를 재실시하였으며(표면반응분석:RSM), 그 결과는 도 3에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면 SPM 연신율의 크기별 회귀분석 결과 R2가 협폭은 47%, 광폭 은 26%로 높은 유의성을 보였으며, SPM 연신율 관리는 협폭이 두께별로 0.7 → 0.8 → 0.9%이며, 광폭은 0.6 → 0.7 → 0.8%로 나타남(6그룹).
이상에서 설명한 SPM 연신율에 대한 실험결과를 바탕으로 SPM 연신율의 최적조건 도출에 대한 현장 적용 생산 결과, 두께/폭별로 SPM 연신율을 차등으로 적용시에도 하기 표5와 같이 개선된 결과를 보였으며 특히 항복강도 불량율도 종래에 비해 감소한 것으로 나타났다.
[표5]
구분 두께 SPM 연신율 항복강도 실적
협폭 (800~1200mm) 0.5 ~ 0.8 mm 0.6 % 255 Mpa
0.8 ~ 1.0 mm 0.7 % 256 Mpa
1.0 ~ 1.6 mm 0.8 % 267 Mpa
1.6 ~ 2.3 mm 0.9 % 272 Mpa
광폭 (1200~1860mm) 0.5 ~ 0.8 mm 0.6 % 245 Mpa
0.8 ~ 1.0 mm 0.6 % 250 Mpa
1.0 ~ 1.6 mm 0.7 % 279 Mpa
1.6 ~ 2.3 mm 0.8 % 258 Mpa
상기 표5에서와 같이, 두께별/폭별 SPM 연신율 최적조건 도출 후 현장적용 결과 SPM 설비의 안정조업이 가능하며 항복강도도 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 여기서, 주의할 것은 상기 표5에서는 강판의 폭별/두께별로 SPM 연신율을 설정하여 실험하였으나, 본 발명자들은 상기 표시된 SPM 연신율에 대한 범위를 설정하여 실험을 하였다는 것이다. 따라서, 상기 표5에는 이상적인(ideal) SPM 연신율을 개시하고 있으나 본 발명의 다른 실시형태에서는 상기 SPM 연신율의 최적조건은 상기 표시된 값에서 일정한 범위를 가질 수 있다는 것을 유의해야 한다.
이하에서는, 본 발명자들이 실시한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강의 항복강도 확보를 위한 소둔온도의 최적조건 도출에 대한 실험결과를 설명한다. 우선 본 발명자들은 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강의 경우 소둔온도가 높을수록, 제품두께가 두꺼울수록 인장강도(TS)가 낮아져 재질미달이 발생되거나 발생위험이 잠재함을 파악하였으며, 이를 개선하기 위하여 두께별 소둔온도(균열시간)별 재질변화를 분석하고 소둔조건 연계성을 규정함으로써 강종에 대하여 원하는 인장강도 확보를 위한 최적의 소둔온도를 도출하였다.
먼저, 일례로서, 하기 표6은 동일한 크기의 강판에 소둔온도를 다르게 적용하였을 경우 인장강도(TS)의 실적으로 나타낸 것이다.
[표6]
구분 크기 [mm] 라인속도 [mpm] 소둔온도 [℃] SPM 연신율 [%] 재질실적 [Mpa]
항복강도 인장강도
본 발명재1 2.0 x 1265 118 788 0.69 287 420
본 발명재2 115 777 0.72 276 419
본 발명재3 118 808 0.79 276 414
기존재 평균 2.0 105 809 0.69 275 412
상기 표6에서와 같이, 동일 크기의 강판에 대하여 소둔온도를 다르게 적용하고 재질특성을 비교한 결과 소둔온도가 높을수록 인장강도 실적이 하락하는 경향이 있음을 알 수 있다. 이때, 소둔온도 변화에 대한 재질특성 중 항복강도의 변화는 미미함을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명자들은 상기에서 도출된 항복강도 및 인장강도의 영향인자인 소둔온도는 종래에는 강판의 전 크기에 대해 810℃로 품질설계 항목에 반영하여 운영하였으나, 소둔온도를 강판의 두께별로 구분하여 인장강도의 최적조건을 도출할 필요가 있어 실험계획법 설계를 실시하였으며(표면반응분석:RSM), 그 결과는 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 강판의 소재두께에 따른 최적의 소둔온도 및 안정적인 인장강도 확보가능 범위를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 두께별 소둔온도 시험에 대한 회귀분석결과 R2가 6.6%로 유의성은 낮으나, 두께 1.6mm 미만재는 820℃ 이하, 1.6mm 이상재는 810℃ 이하에서 인장강도의 안정적 확보 구역으로 나타남을 알 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 이러한 실험결과를 바탕으로 인장강도를 향상시키기 위한 최적의 소둔온도를 두께별로 구분하여 설정하였다. 즉, 두께가 1.6mm 미만일 경우에는 소둔온도를 810~820℃ 이하, 1.6mm 이상재는 800~810℃로 설정하였다. 여기서, 주의할 것은 강판의 폭별/두께별로 최적의 소둔온도를 실험을 통해 도출하였으나, 본 발명자들은 상기 최적의 소둔온도에 대한 범위를 실험을 통해 도출하였다는 것이다. 따라서, 도면에는 이상적인(ideal) 소둔온도를 개시하고 있으나 본 발명의 다른 실시형태에서는 상기 소둔온도의 최적조건은 상기 표시된 값에서 일정한 범위를 가질 수 있다는 것을 유의해야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 항복강도 및 인장강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에서는 강판의 두께를 2개의 그룹(예:800~1200mm, 1200~1860mm)으로 구분하고, 동시에 강판의 폭을 상기 두께 그룹별로 4개의 그룹(예:0.5~0.8mm, 0.8~1.0mm, 1.0~1.6mm, 1.6~2.3mm)으로 구분하여 최적의 소둔온도 및 SPM 연신율 조건을 상기와 같이 각각 설정하고, 이러한 조건을 연속소둔라인에 적용하여 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강을 제조함으로써 우수한 항복강도 및 인장강도를 확보한다.
이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명에 따른 강판의 압연두께 제어에 대한 양호한 실시예를 예시적으로 기술한 것으로서, 본 발명이 여기에 한정되지는 않는다. 특히 본 발명에서 적용된 SPM 신율 및 소둔로는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 상세한 설명 및 도면에 의해 결정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 강판의 두께 및 폭에 따라 다른 SPM 신율 및 소둔온도를 적용함으로써 강판의 항복강도 및 인장강도가 종래에 비해 우수하다.

Claims (2)

  1. 소둔로 및 조질압연기(SPM)를 포함하는 연속소둔설비에서의 항복강도 및 인장강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법에 있어서,
    폭이 800~1200mm인 강판에 대하여, 두께가 0.5~0.8mm, 0.8~1.0mm, 1.0~1.6mm, 1.6~2.3mm인 경우 SPM 연신율을 각각 0.5~0.7%, 0.6~0.8%, 0.7~0.9%, 0.8~1.0%로 적용하여 조질압연하고,
    폭이 1200~1900mm인 강판에 대하여, 두께가 0.5~0.8mm, 0.8~1.0mm, 1.0~1.6mm, 1.6~2.3mm인 경우 SPM 연신율을 각각 0.5~0.7%, 0.5~0.6%, 0.6~0.8%, 0.7~0.9%로 적용하여 조질압연하며,
    상기 강판의 두께가 0.5~1.6mm이면 800~820℃의 소둔온도로 소둔을 수행하고, 두께가 1.6~2.3mm이면 790~810℃의 소둔온도로 소둔을 수행하는 것을 특징으로 하는 항복강도 및 인장강도가 우수한 인장강도 40㎏／㎟ 급 고장력강 제조방법.
  2. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010112745A (ko) * 2000-06-15 2001-12-22 권수식 탈지성이 우수한 자동차용 냉연강판 제조방법
KR100362085B1 (ko) * 2000-06-15 2002-11-22 현대하이스코 주식회사 수직형 전기아연도금설비에서 도금층 눌림방지 강판제조방법
KR20040055855A (ko) * 2002-12-23 2004-06-30 주식회사 포스코 강판의 재질특성을 이용한 소둔로공정 작업조건 설정방법

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