KR101079494B1 - 내꺽임성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가전, 자동차 등에 사용되는 내꺽임성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 강 성분 중 코발트(Co), 보론(B)의 첨가량 및 (B+Al)/N의 원자비를 제어함과 아울러 제조조건 최적화를 통하여 내꺽임성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명은 중량%로, C: 0.02~0.10%, Mn: 0.1~0.5%, P: 0.025%이하, S: 0.02%이하, Al: 0.08~0.15%, B: 0.0005~0.0025%, Co: 0.03~0.09%, N: 0.002~0.008%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, (B+Al)/N 원자비가 10.5~20.0을 만족하는 내꺽임성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 경제성과 가공 특성을 동시에 확보함과 아울러 내시효성을 얻을 수 있음에 따라 내꺽임성이 요구되는 가전, 자동차용 부재 등의 부가가치가 높은 강판을 제공할 수 있다.

내꺽임성, 시효, 가공결함, 열연강판

Description

내꺽임성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법{HOT ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT ANTI-FLUTING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 가전, 자동차 등에 사용되는 내꺽임성이 우수한 열연 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 강 성분 및 제조조건의 제어를 최적화함으로써 시효에 의한 가공 결함을 억제하여 우수한 내꺽임성을 갖는 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 가전, 자동차 등의 시효에 의한 가공 결함 등을 억제하기 위하여 내시효성이 우수한 탄질화물 형성원소를 첨가한 극저탄소강과 같은 소재들이 사용되어 왔다. 이와 같은 제품들에 요구되는 특성으로는 내꺽임성, 가공성 등이 있다. 또한 자동차 등의 경우 외부 환경에 의한 강판의 산화 방지 및 사용자가 원하는 표면 색상을 얻기 위하여 페인트 등의 유기물을 표면에 도장하므로 표면 특성의 관리가 도장성 측면에서 매우 중요한 관리 인자가 되고 있다.

꺽임성(플루팅, fluting)이란 가공시 가공부가 꺽이는 현상으로, 이와 같은 플루팅은 성형부의 형상 유지가 곤란한 문제점 등으로 인하여 엄격히 제한되어야 하는 것이다. 그러나 일반적으로 플루팅 현상의 원인이 되는 고용원소에 의한 시효 현상은 실질적으로 억제가 곤란하여 제강 단계에서 고청정화를 달성함과 아울러 이들 고용원소들을 고착시킬 수 있는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 등과 같은 탄질화물 형성원소를 첨가하여 석출시켜 주고 있다. 이들 탄질화물 형성 원소의 첨가에 의해 플루팅과 같은 가공결함의 억제에는 도움이 되지만, 고청정화를 위한 제강 시간 증가에 따른 생산성 저하 및 고가의 합금원소 첨가에 의한 제조원가 상승의 요인이 되고 있다. 또한 근본적으로 중저탄소강에는 플루팅과 같은 꺽임 현상을 억제하는 것이 곤란한 것으로 알려져 있다.

가전, 자동차 등과 같이 엄격한 형상 동결성 및 가공성이 요구되는 용도에 사용되는 경우 가공시 꺽임 현상을 억제할 수 있는 방안의 수립이 바람직하다. 또한 제조원가 절감 및 환경 문제에 대응하게 위해 소재 첨가원소의 최적화를 통하여 목표 특성의 확보와 아울러 경제성을 확보하고자 하는 노력이 진행되고 있다. 또한 이들 구조물들은 외부 환경에 노출되어 있으므로 내후성 향상을 위해 강판 표면에 페인트 등의 유기물을 도장하는 작업이 이루어지므로 이와 같은 특성 확보를 위하여 소재 측면에서 도장성 확보가 가능한 열연강판에 대한 개발 요구가 증대되고 있다.

일례로 일본 특허공보 제89103184호는 극저탄소강 베이스에 티타늄(Ti), 니 오븀(Nb)과 일부 희토류 원소 등을 첨가함으로써 가공성 및 시효성이 우수한 열연강판의 제조방안을 제안하고 있다. 그러나 이들 방법의 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 이들 탄질화물 형성 원소의 첨가에 의해 플루팅과 같은 가공 결함의 억제에는 도움이 되지만, 고청정화를 위한 제강 시간 증가에 따른 생산성 저하 및 고가의 합금원소첨가에 의한 제조원가 상승의 요인이 되고 있다.

또한 한국 특허공보 제1997-0007159호는 내시효성이 우수하고 고가공성을 갖는 열연강판의 제조방법으로 극저탄소 알루미늄 킬드강을 탄질화물 형성원소인 지르코늄(Zr)을 첨가하여 고용 원소를 석출시킴으로써 내시효성이 우수한 열연강판을 제조할 수 있는 방법을 제안하였다. 이 경우에도 시효성 확보를 위해서는 지르코늄과 같은 특수원소의 첨가가 필요하므로 제강 작업성의 악화 및 원가 상승의 요인이 될 뿐만 아니라, 소재 강도가 낮음에 따라 형상동결성이 악화되는 문제점이 있었다.

본 발명은 중저탄소강을 기본으로 하면서도, 강 성분 중 코발트(Co), 보론(B)의 첨가량 및 (B+Al)/N의 원자비를 제어함과 아울러 제조조건을 최적화함으로써, 내꺽임성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.02~0.10%, Mn: 0.1~0.5%, P: 0.025%이하, S: 0.02%이하, Al: 0.08~0.15%, B: 0.0005~0.0025%, Co: 0.03~0.09%, N: 0.002~0.008%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, (B+Al)/N 원자비가 10.5~20.0을 만족하는 내꺽임성이 우수한 열연강판을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 조성 및 조건을 만족하는 강 슬라브를 재가열한 후 860~950℃에서 열간 마무리 압연하는 단계;

상기 열간압연된 열연강판을 30~100℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계; 및

상기 냉각 후 550~680℃의 온도범위에서 권취하는 단계

를 포함하는 내꺽임성이 우수한 열연강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 열연강판을 제조함에 있어서, 적절한 성분 및 공정 제어를 통해 경제성과 가공 특성을 동시에 확보함과 아울러 내시효성을 얻을 수 있음에 따 라 내꺽임성이 요구되는 가전, 자동차용 부재 등의 부가가치가 높은 강판을 제조할 수 있다. 또한 탈스케일성도 우수하여 산세 작업의 효율성을 올릴 수 있게 됨에 따라 환경오염 예방 및 공정 단축 효과도 동시에 얻을 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 신장 플랜지성, 밴딩성, 드로잉성 등과 같은 다양한 가공 특성과 함께 내꺽임성과 도장성도 만족시켜 자동차, 가전용 등으로 유용한 열연강판에 대해 연구 및 실험을 거듭하여 본 발명에 이르게 되었다.

이하 본 발명의 조성범위에 대하여 상세히 설명한다(이하, 중량%)

탄소(C)의 함량은 0.02~0.10%로 한다. C는 강판의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소로서 첨가량이 증가할수록 인장 및 항복강도는 증가되지만, 과잉 첨가되면 소재의 가공성이 저하되므로 그 상한을 0.10%로 한정하고, 그 함량이 0.02% 미만이면 제강시 탈탄을 위해 추가의 조업시간이 필요할 뿐만 아니라, 재질의 급격한 변화가 발생하므로 안정적인 재질 확보가 곤란한 문제가 있다. 보다 바람직하게는 0.02~0.06%로 한다.

망간(Mn)의 함량은 0.1~0.5%로 한다. Mn은 고용 강화 원소로써 널리 사용되 는 효과적인 원소로서 강의 강도를 높이고 열간 가공성을 향상시키는 중요한 원소이지만, MnS 형성에 의한 소재의 연성 및 가공성을 저해하는 원소이다. Mn 함량이 적으면 가공성은 개선되지만 강도 확보가 곤란하므로 목표 강도를 확보하기 위해서는 0.1%이상 첨가되어야 한다. 반면에 Mn이 과다 첨가되면 합금원소 다량 첨가에 의한 경제성 저하 및 중심편석의 발생요인이 되므로 상한을 0.5%로 한정한다.

인(P)의 함량은 0.025%이하(0은 제외)로 한다. P는 강의 강도 향상 및 내식성을 향상시키는 원소로써 이들 특성을 확보하기 위해서는 다량 첨가되는 것이 바람직하지만, 주조시 중심편석을 일으키는 원소이므로 다량 첨가할 경우 가공성을 저하시키는 요인이 되므로 그 함량은 0.025%이하로 제한한다. 바람직하게는 0.005~0.015%로 관리하는 것이 좋다.

황(S)의 함량은 0.02%이하(0은 제외)로 한다. S는 강중 Mn과 결합해 부식 개시점 역할을 하는 비금속 개재물을 형성할 뿐만 아니라 적열취성의 요인으로 작용하므로 가능한 한 그 함량을 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서 S의 함량은 0.02%이하로 한정하고 바람직하게는 0.01%이하로 한다.

알루미늄(Al)의 함량은 0.08~0.15%로 한다. Al은 일반적으로 용강 탈산을 위해 첨가되는 원소이지만, 강중 고용 원소와 결합하여 시효 특성을 개선하는 측면이 있으므로 그 하한을 0.08%로 한다. 반면에 과잉 첨가되면 강중 개재물량을 증가시 켜 표면 결함을 유발할 뿐만 아니라 가공성을 저하하는 문제점이 있으므로 그 상한은 0.15%로 한정한다.

보론(B)의 함량은 강중 고용 원소와 결합하여 시효성을 개선할 뿐만 아니라, 경화능 향상 원소로써 소량 첨가에 의해서도 소재의 강도를 올려주는 효과를 나타내는 원소이므로 원하는 재질 특서을 확보하기 위해서는 최소한 0.0005% 이상의 첨가가 필요하다. 그러나 0.0025%를 초과해서는 오히려 재질 열화 및 연주시 입계 균열의 요인이 될 뿐만 아니라 열연강판의 표면을 거칠게 하는 문제가 있으므로 그 함량은 0.0005~0.0025%로 한정한다.

코발트(Co)의 함량은 0.03~0.09%로 한다. Co는 강내 석출물의 형성을 촉진하는 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는 최소한 0.03% 이상의 첨가가 필요하다. 그러나 Co가 0.09%를 초과하면 석출 촉진에 대한 기여 효과보다 고가의 합금원소 다량 첨가에 의한 제조원가의 상승요인으로 작용하므로 그 범위를 0.03~0.09%로 한다.

질소(N)의 함량은 0.002~0.008%로 한다. N은 강내 고용 상태로 존재하면서 재질 강화에 유효한 원소이지만, 시효 현상을 일으키는 주원소이므로 가공성 확보를 위해서는 일정량 이하로 관리하는 것이 필요하여 그 상한은 0.008%로 한정한다. 그 함량이 0.002% 미만에서는 충분한 강성을 얻을 수 없고 석출물 형성을 위한 사이트가 감소하게 되므로 하한은 0.002%로 제한한다.

나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 조성된다.

본 발명은 (B+Al)/N 원자비가 10.5~20.0을 만족한다. 원자비는 조성의 함량에 대한 원자량의 비를 의미하는 것으로써, 중량%를 원자량으로 나눈 값을 의미한다. B와 Al은 꺽임 현상을 유발하는 강내 고용 원소와 결합하여 석출물을 형성하는 원소이므로 안정적인 내꺽임성을 확보하기 위해서는 이들 원소의 단독 첨가량 뿐만 아니라, 질소와의 원자비를 제어하는 것이 필요하다.

(B+Al)/N의 값이 10.5 미만이면 강내 고용원소량이 증가하여 안정적인 내꺽임성을 확보하기 곤란하였으며, 반면에 그 값이 20.0 이상이 되면 합금원소의 과다 첨가에 의한 원가 상승 요인이 될 뿐만 아니라 조대 석출물 생성에 의해 가공성이 저하되는 문제점이 있다.

이하 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기의 조성 및 조건을 만족하는 강 슬라브를 재가열한 후 860~950℃에서 열간 마무리 압연한다. 마무리 압연온도가 950℃를 초과하면 두께 전바에 걸쳐 균일한 열간압연이 이루어지지 않아 결정립 미세화가 불충분하게 되어 결정립 조대화에 기인한 충격 인성의 저하가 나타난다. 반대로 마무리 압연온도가 860℃ 미만에서는 저온 영역에서 열간압연이 마무리됨에 따라 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 압연성 및 가공성의 저하를 초래하는 문제가 있다.

상기 열간 압연된 강판을 30~100℃/초의 냉각속도로 냉각한다. 런-아웃-테이 블(ROT, Run-Out-Table)에서의 냉각속도가 30℃/초 미만이면 동적 결정립 성장에 의해 상대적으로 조대한 결정립이 형성되어 강도 및 가공성 저하의 요인이 된다. 반면에 100℃/초를 초과하면 폭 방향 냉각 불균일에 의한 재질 편차 발생의 요인으로 작용하는 문제가 있다.

상기 냉각후 550~680℃의 온도범위에서 권취한다. 열연 권취온도가 680℃를 초과하면 최종 제품의 조직이 조대한 세멘타이트상을 형성함에 따라 가공성 및 내식성이 저하되는 문제점이 있으며, 550℃ 미만의 권취온도에서는 냉각 및 유지하는 동안 폭 방향 온도 불균일에 의해 저온 석출물의 생성 거동이 차이를 나타내어 재질 편차를 유발함으로써 가공성에 좋지 않은 문제가 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

(실시예)

아래 표 1의 조성을 만족하는 강을 1250℃의 가열로에서 2시간 재가열을 실시한 후, 표 2의 조건으로 열연강판을 제조한 다음 인장시험 및 드로잉 가공 등을통하여 기계적 성질 및 가공성을 평가하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.

인장시험은 시험기의 크로스-헤드 스피드가 분당 10㎜인 조건으로 시행하였으며, 드로잉 가공은 만능 성형시험기를 활용하여 드로잉비(강판 블랭크치수에 대한 성형 펀지 직경의 비로 표시) 1.8인 조건으로 성형한 후 성형이 가능하고, 이어 링 발생량이 3% 미만이면 양호로, 성형이 되지 않거나 이어링 발생량이 3% 이상이면 불량으로 판정하였다.

또한, 내꺽임성은 여러 개의 롤로 구성된 다단 롤을 활용하여 강판을 통과시키는 롤 포밍가공을 통하여 강판 표면의 형상을 관찰하여 평가하였다. 시험편 가공 후 표면 꺽임이 발생하는 정도를 관찰하여, 꺽임성 지수를 5단계로 나누어 비교적 꺽임 현상이 미미한 1~2 단계를 양호로, 꺽임 현상이 육안으로 관찰된 정도인 3~5 단계를 불량으로 판정하였다.

강종	조성
	C	Mn	P	S	Al	Co	N	B	Ti	(B+Al)/N 원자비
발명강1	0.042	0.21	0.011	0.008	0.091	0.036	0.003	0.0018	-	16.49
발명강2	0.061	0.24	0.009	0.009	0.098	0.049	0.004	0.0013	-	13.12
비교강1	0.008	0.19	0.015	0.008	0.041	-	0.005	-	-	4.25
비교강2	0.003	0.22	0.008	0.009	0.035	-	0.003	-	0.041	6.05
비교강3	0.072	1.23	0.011	0.002	0.031	0.052	0.006	-	-	2.68
비교강4	0.132	0.21	0.012	0.005	0.081	0.021	0.120	-	-	0.35
비교강5	0.039	0.43	0.071	0.025	0.042	0.036	0.004	0.0002	-	5.51
비교강6	0.029	2.16	0.043	0.003	0.034	-	0.006	-	0.027	2.94

구분	사용강종	재가열온도(℃)	열연마무리온도(℃)	냉각속도(℃/s)	권취온도(℃)
발명재1	발명강1	1250	890	50	600
발명재2		1250	890	70	650
발명재3		1250	890	90	600
발명재4	발명강2	1250	910	90	600
발명재5		1250	910	90	650
비교재1	발명강1	1250	750	50	600
비교재2		1250	890	15	600
비교재3	발명강2	1250	890	40	400
비교재4	비교강1	1250	910	50	650
비교재5	비교강2	1250	910	50	650
비교재6	비교강3	1250	890	50	650
비교재7	비교강4	1250	890	50	650
비교재8	비교강5	1250	890	50	650
비교재9	비교강6	1250	890	50	650

구분	항복점연신현상유무	항복강도(kgf/㎟)	연신율(%)	도장성	가공성	내꺽임성
발명재1	미발생	23.8	40.5	양호	양호	양호
발명재2	미발생	22.4	42.2	양호	양호	양호
발명재3	미발생	26.9	43.1	양호	양호	양호
발명재4	미발생	24.2	41.5	양호	양호	양호
발명재5	미발생	23.1	43.5	양호	양호	양호
비교재1	발생	32.6	29.8	양호	불량	불량
비교재2	미발생	26.1	41.1	양호	불량	불량
비교재3	발생	29.5	36.8	불량	불량	불량
비교재4	발생	33.1	38.6	양호	불량	불량
비교재5	미발생	20.8	44.1	불량	양호	불량
비교재6	발생	42.4	24.6	불량	불량	불량
비교재7	발생	43.6	20.5	불량	불량	불량
비교재8	발생	31.8	30.6	불량	불량	불량
비교재9	발생	44.7	24.9	양호	불량	불량

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 조성 및 제조조건이 본 발명의 범위를 만족하는 발명재 1 내지 5는 항복점 연신 현상이 발생하지 않았으며, 가공시 꺽임 현상이 발생하지 않는 우수한 내꺽임성을 확보할 수 있었으며, 도장성 및 밴딩 가공 시에도 가공 균열은 발생하지 않아 가공성 및 내시효성이 우수한 열연강판의 제조가 가능하였다.

그러나 본 발명의 조성은 만족하지만, 제조 조건이 본 발명의 범위를 벗어난 비교재 1 내지 3는 본 발명에서 요구하는 결과를 얻지 못하였다.

즉 비교재 1의 경우 혼립이 발생됨에 따라 항복점 연신 현상도 발생하였으며, 연성도 급격히 저하되는 문제점이 나타나 내시효성 및 가공성의 확보가 곤란하였다. 냉각속도가 본 발명의 범위를 벗어난 비교재 2의 경우에도 항복점 연신 현상은 발생하지 않았지만 가공시 균열 현상을 일으키는 요인으로 작용하여 가공성과 내꺽임성을 확보할 수 없었다. 또한 비교재 3은 권취온도가 본 발명의 범위를 벗어난 경우로써, 폭 방향으로 고용원소의 석출 현상이 차이를 나타내어 재질 편차를 유발할 뿐만 아니라 가공시 가공 균열의 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

C 및 Al의 함량이 낮고 탄질화물 형성원소로써 Ti를 첨가한 비교재 5는 본 발명의 제조조건을 만족하더라도 목표로 하는 가공성 및 내꺽임성을 확보할 수 없었으며, Ti를 첨가하지 않는 비교재 4의 경우에는 전체적으로 시효 현상의 발생에 의한 가공성 확보가 곤란할 뿐만 아니라 강도도 낮아 가공시 형상 동결성이 열화되는 문제점이 있었다.

또한 조성이 본 발명의 범위를 벗어난 비교재 6 내지 9의 경우에도 본 발명의 제조조건으로 제조 후 특성을 평가한 결과, 항복점 연신 현상의 억제가 곤란하여 시효가 발생함에 따라 가공시 꺽임 현산을 억제하는 것이 어려워 가공 특성 등을 만족할 수 없었다.

Claims (2)

1. 중량%로, C: 0.02~0.10%, Mn: 0.1~0.5%, P: 0.025%이하, S: 0.02%이하, Al: 0.08~0.15%, B: 0.0005~0.0025%, Co: 0.03~0.09%, N: 0.002~0.008%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, (B+Al)/N 원자비가 10.5~20.0을 만족하는 내꺽임성이 우수한 열연강판.
2. 중량%로, C: 0.02~0.10%, Mn: 0.1~0.5%, P: 0.025%이하, S: 0.02%이하, Al: 0.08~0.15%, B: 0.0005~0.0025%, Co: 0.03~0.09%, N: 0.002~0.008%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, (B+Al)/N 원자비가 10.5~20.0을 만족하는 강 슬라브를 재가열한 후 860~950℃에서 열간 마무리 압연하는 단계;

   상기 열간 마무리 압연된 열연강판을 30~100℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계; 및

   상기 냉각 후 550~680℃의 온도범위에서 권취하는 단계

   를 포함하는 내꺽임성이 우수한 열연강판의 제조방법.