KR101063666B1 - 전기로에서 제조된 열연재를 이용한 경질용 냉연강판 제조방법 - Google Patents

전기로에서 제조된 열연재를 이용한 경질용 냉연강판 제조방법 Download PDF

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Abstract

전기로에서 제조된 열연재를 이용하여 냉연강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로크웰 경도 1/8H 등급(HRB 50~71)을 만족하는 경질용 냉연강판 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 전기로에서 C: 0.0314 ~ 0.0324 중량%, Si: 0.0123 ~ 0.0133 중량%, Mn: 0.2625 ~ 0.2645 중량%, P: 0% 초과 0.0023 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0097 중량% 이하, Cr: 0.0212~0.0220 중량%, Mo: 0.0022~0.0026 중량%, Ni: 0.0295~0.0305 중량%, Al: 0.0315~0.0325 중량%, Co:0.0105~0.0109 중량% 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열연재를 제조하는 단계; 상기 열연재를 40~65% 압하율로 냉간압연하는 단계; 및 상기 냉간압연된 소재를 가열유지온도 600±10℃ 에서 4~6시간 범위에서 상자소둔 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는 전기로 소재를 이용한 경질 냉연강판 제조방법을 제공한다.
Figure R1020090026096
전기로, SAE1008, 경도

Description

전기로에서 제조된 열연재를 이용한 경질용 냉연강판 제조방법{METHOD FOR FABRICATING HIGH STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET USING HOT-ROLLED SHEET PRODUCTED IN ELECTRIC FURNACE}
본 발명은 전기로에서 제조된 열연재를 이용하여 냉연강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로크웰 경도 1/8H 등급(HRB 50~71)을 만족하는 경질용 냉연강판 제조방법에 관한 것이다.
열연재의 제조방법으로는 철광석을 원료로 하는 고로에서 제조하는 방법과, 스크랩을 원료로 하는 전기로에서 제조하는 방법이 있다.
본 발명은 전기로에서 제조된 SAE1008(Society of Automotive Engineers, U.S.A 미국자동차기술협회) 규격에 해당하는 소재를 사용하여 로크웰 경도 1/8H (50~71)을 만족하도록 소둔열처리하는 방법에 관한 것이다.
냉연 강판(Cold steel sheet)의 소둔 열처리 제조공정은 일반적으로 연속소둔 열처리(Continuous Annealing Line,이하 CAL)와 상자소둔로(Batch Annealing Furnace, 이하 BAF)에 의한 열처리로 크게 나눌 수 있다.
본 발명은 상자소둔로를 이용하여 상기의 경도 수준을 만족하는 최적 열처리 조건을 제공하기 위한 것이다.
열연강판은 고온의 슬라브를 열간압연(hot rolled) 공정을 거친 후 생산되고 열연강판은 다시 상온에서 냉간압연(cold rolled) 공정을 행하게 되며 다음으로 각종 가공공정과 열처리공정을 모두 거친 후 제품으로 사용하게 된다. 소둔 공정의 처리목적은 상기 냉연강판의 가공성 향상의 목적도 있지만 품질향상을 위해 가공 후 최종 제품의 요구강도 특성을 향상시키기 위해 필수적으로 행하고 있다. 이러한 두 가지의 주요 목적에서 행해지는 상자소둔로(BAF, Batch Anealing Furnace)에 의한 소둔 공정을 설명하면 다음과 같다.
BAF에서 진행시키는 소둔 공정을 간단하게 나타내면 ① 강판 적재→ ② 분위기 균질화(pursing)→ ③ 가열(heating)→ ④ 유지(soaking)→ ⑤ 냉각(cooling)→ ⑥ 취출의 과정이고 이러한 과정에서 진행되는 재질측면에서의 특성은 1단계인 회복(recovery), 2단계인 재결정(recrystallization), 3단계인 결정립성장(grain growth)으로 구성된다. 본 발명은 소둔 공정중 가열유지과정의 온도와 시간의 최적화 조건에 대한 소둔사이클 방안에 대하여 중점적으로 연구하고 실험으로 소둔의 최적화 조건을 설정한 발명이다.
본 발명의 목적은 전기로에서 제조되는 SAE1008 소재를 사용하여 로크웰경도 1/8H 를 만족하는 냉연강판 제조방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 냉간압연시의 압하율에 따라 상기의 경도 조건을 만족시킬 수 있는 상자소둔 열처리 유지온도 및 유지시간 조건을 제공함에 있다.
본 발명은 전기로에서 C: 0.0314~0.0324 중량%, Si: 0.0123~0.0133 중량%, Mn: 0.2625~0.2645 중량%, P: 0% 초과 0.0023 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0097 중량% 이하, Cr: 0.0212~0.0220 중량%, Mo: 0.0022~0.0026 중량%, Ni: 0.0295~0.0305 중량%, Al: 0.0315~0.0325 중량%, Co:0.0105~0.0109 중량% 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열연재를 제조하는 단계;
상기 열연재를 40~65% 압하율로 냉간압연하는 단계; 및
상기 냉간압연된 소재를 가열유지온도 600±10℃ 에서 4~6시간 범위에서 상자소둔 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는 전기로 소재를 이용한 경질 냉연강판 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 냉간압연시의 압하율이 70% 이상인 경우, 가열유지온도 가열유지온도 550±10℃ 에서 4~6시간 범위에서 열처리를 수행함으로써 로크웰경도 1/8H 수준을 나타내는 냉연강판 제조방법을 제공한다.
여기서, 가열유지온도의 ±10℃는 오차 범위를 고려한 보정치이다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전기로에서 제조되는 SAE1008 규격의 소재를 사용하여 로크웰경도 1/8H 등급을 만족하는 경질용 냉연강판 제조방법을 제공한다.
본 발명은 전기로에서 제조한 SAE1008 소재를 냉간압연한 후, 상자소둔에서의 유지온도와 유지시간 조건을 적합하에 설정하여 로크웰경도 1/8H 등급 (HRB 50~71)을 만족하는 냉연강판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 고로가 아닌 전기로에서 SAE1008 규격을 만족하는 열연재를 제조한 후, 소정의 압하율로 냉간압연하고, 상자소둔열처리 공정을 거쳐 요구되는 경도 수준을 만족시키는 냉연강판을 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
전기로 제조 공정은 스크랩으로부터 열연재를 제조하는 것으로, 스크랩을 장입하여 전기로에서 용해 및 출강 한 후, 래들 퍼니스를 거치고 진공탈가스 과정을 거친 후 연속주조하는 방식으로 이루어진다.
먼저 본 발명에 따른 전기로에서 제조되는 열연재의 주요 성분에 관하여 살펴본다.
표 1은 본 발명에 따른 전기로에서 제조되는 열연재의 화학성분계를 나타낸 것이다.
Figure 112009018385514-pat00001
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명은 C: 0.0314~0.0324 중량%, Si: 0.0123~0.0133 중량%, Mn: 0.2625~0.2645 중량%, P: 0% 초과 0.0023 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0097 중량% 이하, Cr: 0.0212~0.0220 중량%, Mo: 0.0022~0.0026 중량%, Ni: 0.0295~0.0305 중량%, Al: 0.0315~0.0325 중량%, Co: 0.0105~0.0109 중량%, Cu: 0.0520~0.0530 중량%, Nb: 0.0002~0.0004 중량%, Ti:0.0006~0.0008 중량%, V: 0.0021~0.0023 중량%, W: 0.0048~0.0052 중량%, Pb: 0.0002~0.0004 중량%, Sn:0.0022~0.0024 중량%, B: 0.0005~0.0007 중량%, N: 0% 초과 0.0071 중량%이하, O: 0% 초과 0.0019 중량%이하 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되어, SAE1008 규격을 만족하는 열연재를 사용하여 로크웰경도 1/8H (HRB 50~71)을 만족하는 냉연강판 제조방법을 제공한다.
이하 각각의 주요 성분에 관하여 살펴본다.
[ C:0.0314~0.0324% ]
탄소(C)의 함량은 0.0314∼0.0324%로 하는 것이 바람직하다.
탄소(C)의 함량이 0.0314% 미만인 경우에는 강도확보가 불충분하고. 또한, C가 0.0324%를 초과하는 경우에는 경도 또는 강도를 증가시켜 요구되는 경도를 만족할 수 없다.
[ Si:0.0123~0.0133% ]
실리콘(Si)의 함량은 0.0123~0.0133%로 제한하는 것이 바람직하다.
실리콘의 함량이 0.0123% 미만인 경우에 제강과정에서 용강의 탈산효과가 불충분하고 강재의 내부식성을 저하시키며, 0.0133%를 초과하는 경우에는 압연후 냉각시 소입성 증가에 따른 도상 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 저온충격인성을 저하시킨다.
[ Mn:0.2625~0.2645% ]
망간(Mn)의 함량은 0.2625~0.2645%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mn은 강중에서 탈산작용을 하고, 용접성, 열간가공성 및 강도를 향상시키고 또한, 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.2625%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 Mn의 함유량이 0.2645%를 초과하는 경우에는, 고용강화 효과보다는 망간편석에 의한 조직불균질로 용접열영향부 인성에 유해한 영향을 미친다.
[ P:0.0023%이하, S:0.0097%이하 ]
인(P) 및 황(S)의 함량은 각각 0.0023% 이하, 0.0097%이하로 제한하는 것이 바람직하다. P는 압연시 중심편석 및 용접시 고온균열을 조장하는 불순원소이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다.
[ Cr:0.0212~0.0220% ]
크롬(Cr)은 0.0212∼0.0220%로 하는 것이 바람직하다.
Cr은 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는데, 그 함유량이 0.0212%미만에는 충분한 강도확보 효과를 얻을 수 없고 0.0220%를 초과하는 경우 인성이 저하된다.
[ Mo:0.0022~0.0026% ]
몰리브덴(Mo)은 0.0022~0.0026%로 하는 것이 바람직하다.
Mo도 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는 원소이다.
[ Ni:0.0295~0.0305% ]
니켈(Ni)의 함량은 0.0295~0.0305%로 제한하는 것이 바람직하다.
Ni은 고용강화에 의해 모재의 강도와 인성을 향상시키는 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni함유량이 0.0295%이상 함유되는 것이 바람직하지만, 0.0305%를 초과하는 경우에는 소입성을 증가시켜 용접열영향부의 인성을 저하시키고 용접열영향부 및 용접금속에서 고온균열의 발생 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.
[ Al:0.0315~0.0325% ]
알루미늄(Al)의 함량은 0.0315~0.0325%로 제한하는 것이 바람직하다.
Al은 탈산제로서 필요한 원소로서 산소와의 반응으로 Al산화물을 형성하여 Ti가 산소와 반응하는 것을 방지함으로써 Ti가 미세한 TiN석출물을 형성하는데 일조할 뿐 아니라, 강중에 미세한 AlN석출물을 형성시키는데 유효한 원소이다.
[ Cu:0.0520~0.0530% ]
구리(Cu)의 함량은 0.0520~0.0530%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cu는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인하여 모재강도 및 인성을 확보하기 위해서 유효한 원소이다.
다음으로, 경도를 조절하기 위한 상자소둔 열처리 공정의 과정에 대하여 상세히 설명한다.
강판을 로내부의 처리용량과 강종별 및 두께별 그리고 소둔사이클에 적합하게 적재하고 로외곽을 차폐(shielding)한 후, 상온의 분위기가스를 로(furnace) 처리공간(inner-cover)에 투입시켜 환원성 분위기를 형성시키면서 퍼징(purging)을 행한다.
여기서 분위기가스는 질소가스(N2) 또는 수소가스(H2)를 적용한다. 퍼징은 처리공간내의 산화성 분위기를 제거하여 구상화소둔 처리 후의 강판의 산화물 형성방지와 탈탄방지 효과를 위해 행해지는 전처리공정으로서 퍼징을 거친 소둔 후의 강판표면은 미려하고 깨끗한 특성을 얻을 수 있다.
다음, 가열장치를 장착 후 가동시켜 적정 가열속도로 목표로 하는 유지온도까지 가열한 다음 상기 용도에 적합한 유지온도와 시간을 각각 설정하여 유지시킨다. 이후 가열장치를 탈취하고 냉각팬과 냉각수가 부착된 냉각장치를 장착 후 가동시켜 탈취 온도까지 냉각시키며 마지막으로 소재를 탈이동시킨다.
이러한 BAF 소둔공정을 통하여 성형 가공성이 확보되는데, 그러나 일반 냉연강판의 경우 재질정도가 품질기준인 1/8H (HRB 50~71)을 만족하지 못하는 문제점이 있었다.
실시예
전기로에서 제조된 하기의 표2의 조성을 가지는 열연재를 제조하였다.
Figure 112009018385514-pat00002
상기의 조성물과 잔부의 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연재를 2.3mm 두께로 제조하였다.
제조된 열연재를 압하율 40%,50%,60%, 65%, 70% 로 냉간압연하고 로크웰 경도를 측정한 결과는 표 3과 같다.
Figure 112009018385514-pat00003
표 3의 결과에서 알 수 있듯이, 냉간압연만을 수행한 강판은 로크웰경도가 90HRB 이상으로 높게 나타나, 요구되는 경도범위 1/8H (HRB 50~71)를 만족하지 못하는 것을 알 수 있다.
각각의 압하율로 제조된 냉연강판을 25시간 싸이클에서, 유지온도를 400℃~650℃ 까지 50℃ 단위로 증가시키면서 로크웰 경도를 측정하였다.
도 1은 유지온도 500℃ 의 소둔열처리 싸이클을 나타낸 그래프이고, 도 2는 유지온도 550℃ 의 소둔열처리 싸이클을 나타낸 그래프이고, 도 3은 유지온도 600℃ 의 소둔열처리 싸이클을 나타낸 그래프이고,
도 1을 참조하여, 유지온도 500℃ 열처리 싸이클의 온도 조건을 살펴본다.
step1~3은 가열단계로, setp1은 2시간 후(이하 시간은 열처리 시작 후 경과시간을 의미한다.) 200℃, setp2는 6시간 후 460℃, setp3는 9시간 후 550℃ 로 가열한다.
step4는 유지단계로 5시간 동안 유지된다.
step5~7은 냉각 단계로, step5는 17시간 후 460℃, step6는 20시간 후 360℃, step7는 25시간 후 50℃ 까지 냉각한다. 즉 25시간 싸이클로 이루어지며 가열유지 시간은 5시간으로 설정되어 있다. 여기서 각각의 온도는 ±10℃ 의 오차범위를 가질 수 있으며, 가열유지시간은 ±1시간의 오차범위를 가질 수 있다. 즉 가열유지시간은 4~6 시간 범위이면 족하다.
도 2는 유지온도 550℃ 싸이클로, step 2와 step 5의 기준온도가 510℃이고, step4의 가열유지온도가 550℃인 것을 제외하고는 500℃ 싸이클과 동일하다.
도 3은 유지온도 600℃ 싸이클로, step 2와 step 5의 기준온도가 560℃이고, step4의 가열유지온도가 600℃인 것을 제외하고는 500℃ 싸이클과 동일하다.
표 4 내지 표 8은 각각의 압하율에서 유지온도에 따른 로크웰 경도 측정결과를 나타낸 것이다.
Figure 112009018385514-pat00004
Figure 112009018385514-pat00005
Figure 112009018385514-pat00006
Figure 112009018385514-pat00007
Figure 112009018385514-pat00008
상기의 표 4 내지 표 7을 살펴보면, 압하율이 40~65% 범위인 경우에는 가열유지 온도가 600℃인 경우에만 로크웰경도 1/8H (HRB 50~71) 수준을 만족함을 알 수 있다.
또한, 표 8을 살펴보면, 압하율이 70% 인 경우에는 가열유지 온도가 550℃인 경우에만 로크웰경도 1/8H (HRB 50~71) 수준을 만족함을 알 수 있다.
즉, 동일한 소재를 사용하더라도 압하율에 따라 재질의 물성에 변화가 발생하게 되므로, 요구되는 경도 규격인 로크웰경도 1/8H (HRB 51~70)을 만족시키기 위해서는 압하율이 40~65% 범위인 경우 상자소둔열처리 공정에서 유지온도 600±10℃, 유지시간 4~6시간 동안 열처리를 수행해야 하고, 압하율이 70% 이상인 경우 상자소둔열처리 공정에서 유지온도 550±10℃, 유지시간 4~6시간 동안 열처리를 수행해야 함을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 유지온도 500℃ 의 소둔열처리 싸이클을 나타낸 그래프,
도 2는 유지온도 550℃ 의 소둔열처리 싸이클을 나타낸 그래프,
도 3은 유지온도 600℃ 의 소둔열처리 싸이클을 나타낸 그래프임.

Claims (4)

  1. 전기로에서 C: 0.0314 ~ 0.0324 중량%, Si: 0.0123 ~ 0.0133 중량%, Mn: 0.2625 ~ 0.2645 중량%, P: 0% 초과 0.0023 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0097 중량% 이하, Cr: 0.212~0.220 중량%, Mo: 0.0022~0.0026 중량%, Ni: 0.0295~0.0305 중량%, Al: 0.0315~0.0325 중량%, Co:0.0105~0.0109 중량% 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열연재를 제조하는 단계;
    상기 열연재를 40~65% 압하율로 냉간압연하는 단계; 및
    상기 냉간압연된 소재를 가열유지 온도 600±10℃ 에서 4~6시간 범위에서 상자소둔 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는 전기로 소재를 이용한 경질 냉연강판 제조방법.
  2. 전기로에서 C: 0.0314 ~ 0.0324 중량%, Si: 0.0123 ~ 0.0133 중량%, Mn: 0.2625 ~ 0.2645 중량%, P: 0% 초과 0.0023 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0097 중량% 이하, Cr: 0.212~0.220 중량%, Mo: 0.0022~0.0026 중량%, Ni: 0.0295~0.0305 중량%, Al: 0.0315~0.0325 중량%, Co:0.0105~0.0109 중량% 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 열연재를 제조하는 단계;
    상기 열연재를 70% 이상의 압하율로 냉간압연하는 단계; 및
    상기 냉간압연된 소재를 가열유지 온도 550±10℃ 에서 4~6시간 범위에서 상자소둔 열처리를 수행하는 단계;를 포함하는 전기로 소재를 이용한 경질 냉연강판 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열연재는 Cu: 0.0520~0.0530 중량%, Nb: 0.0002~0.0004 중량%, Ti:0.0006~0.0008 중량%, V: 0.0021~0.0023 중량%, W: 0.0048~0.0052 중량%, Pb: 0.0002~0.0004 중량%, Sn: 0.0022~0.0024 중량%, B: 0.0005~0.0007 중량%, N: 0% 초과 0.0071 중량% 이하, O: 0% 초과 0.0019 중량% 이하 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기로 소재를 이용한 경질 냉연강판 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉연강판은 로크웰 경도(HRB) 50~71 범위인 것을 특징으로 하는 전기로 소재를 이용한 경질 냉연강판 제조방법.
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