KR101079529B1 - 표면특성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

표면특성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면특성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 중량%로 C: 0.05~0.10%, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.2~0.5%, N: 0.04%이하, S: 0.03%이하, P: 0.01~0.05%, Cr:0.1~1.0%, Si: 0.3%이하, Sb: 0.003~0.1%를 포함하며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 표면품질이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 스케일, 특히 적스케일에 의한 표면 결함을 억제함으로써 미려한 외관을 가지며 인산염 처리 특성이 우수하고, 동시에 강도와 연성이 우수한 열연강판을 제공한다.
표면품질, 고강도, 고연성, 열연강판, 적스케일

Description

표면특성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법{HIGH-STRENGTH AND HIGH DUCTILITY HOT ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT SURFACE PROPERTY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 표면특성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 조성 및 제조조건을 제어하여 스케일 결함을 억제함으로써 미려한 표면 품질을 갖는 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈 및 환경 문제에 따른 자동차 배기가스 규제가 심화되고 있으며, 이를 배경으로 연비 향상을 위하여 자동차 차체의 경량화가 매우 중대한 문제로 대두되고 있다. 자동차 차체 경량화를 위하여 많은 종류의 자동차용 고강도 강판이 개발되어 왔으나, 고강도화에 따른 합금원소의 첨가로 표면에 다양한 스케일성 결함, 특히 적스케일(red scale) 형태의 결함은 자동차용 휠 등의 외관에 드러나는 부위의 적용에 제한을 가져왔다.
이러한 고강도 열연 강판의 표면 품질 문제를 해결하고자 많은 연구가 진행 되어 왔으나, 우수한 기계적 특성을 유지하면서도 표면 품질을 향상 시키고자 하는 기술 개발이 진행되고 있다.
그러나 기계적 특성을 유지하기 위하여 다량의 Si, Mn 등 합금원소의 사용이 많아지게 되므로 열연강판 제조공정 중 이들 합금원소의 선택 산화에 의한 스케일 발생으로 표면 결함을 획기적으로 저감하는 기술의 개발은 아직 실현되지 않고 있는 실정이다.
본 발명은 스케일에 의한 표면 결함 문제를 해결하고 아울러 강도와 연성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 중량%로 C: 0.05~0.10%, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.2초과~0.5%, N: 0.04%이하(0은 제외), S: 0.03%이하(0은 제외), P: 0.01~0.05%, Cr:0.1~1.0%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Sb: 0.003~0.1%를 포함하며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 표면품질이 우수한 고강도 고연성 열연강판을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 가열로에서 1100~1300℃로 재가열한 후 780~900℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하는 단계;
상기 열간압연된 열연강판을 650~750℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 급냉한 다음, 3~10초간 공냉하는 단계; 및
상기 공냉된 열연강판을 80~1000℃/초의 냉각속도로 20~450℃까지 냉각한 다음 권취하고 산세하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면품질이 우수한 고강도 고연성 열연강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 스케일, 특히 적스케일에 의한 표면 결함을 억제함으로써 미려한 외관을 가지며 인산염 처리 특성이 우수하고, 동시에 강도와 연성이 우수한 열연강판을 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
이하 본 발명의 조성에 대하여 상세히 설명한다(이하, 중량%).
탄소(C)의 함량은 0.05~0.10%로 한다. 강중 C는 강판의 강도를 증가시키고, 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 복합조직을 확보하는데 매우 중요한 원소이다. 그 함량이 0.05% 미만일 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 강도를 확보할 수 없는 반면, 0.1%를 초과하게 되면 인성 및 용접성이 저하될 가능성이 높아지는 문제가 있다.
망간(Mn)의 함량은 1.0~3.0%로 한다. Mn은 고용강화 효과가 매우 큰 원소이며 동시에 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 복합조직 형성을 촉진한다. 그 첨가량이 1.0% 미만인 경우 고강도를 확보하기 어려우며, 3.0%를 초과하게 되면 용접성, 열간압연성 등의 문제가 발생될 가능성이 높아지는 문제가 있다.
알루미늄(Al)의 함량은 0.2~0.5%로 한다. Al은 강판 연성의 저하를 최소화하면서 고용강화 효과를 얻기 위하여 첨가된다. 또한 Al은 페라이트 형성을 촉진하고 미변태 오스테나이트로의 C 농축을 조장함으로써 마르텐사이트 형성을 촉진하는 원 소이다. 상기 Al이 0.2% 미만이면 상기의 효과를 얻기 어려우며, 그 첨가량이 0.5%를 초과하면 강판 내부의 Al 석출물 형성으로 피로 특성이 저하되고, 용접성이 저하될 가능성이 높아지는 문제가 있다.
질소(N)의 함량은 0.04% 이하(0은 제외)로 한다. N은 오스테나이트를 안정화시키는데 유효한 작용을 하는 성분이나 그 함량이 0.04%를 초과하는 경우에는 Al과 결합하여 조대한 AlN이 정출되어 기계적 성질을 떨어뜨릴 수 있으므로 그 상한을 0.04%로 한정하였다.
실리콘(Si)의 함량은 0.3% 이하(0은 제외)로 한다. Si는 상기 Al과 유사한 특성을 가지고 있다. 그러나 Si의 함량이 0.3%를 초과하게 되면 열연 가열로에서 열처리시 철감람석(Fayalite, Fe2SiO4)의 액상화를 유발하여 스케일과 금속 계면이 불규칙하게 되고 스케일 제거가 용이하지 않아서 스케일성 결함을 유발할 수 있는 문제가 있다.
크롬(Cr)의 함량은 0.1~1.0%로 한다. Cr은 고용강화 원소로서 강도 향상에 유리하다. 그러나 과다하게 함유될 경우 본 발명강에서 Cr 탄화물이 석출되어 취성이 증가할 수 있다. 따라서 Cr의 함량은 0.1~1.0%로 한정한다.
인(P)의 함량은 0.01~0.05%로 한다. P는 열연 강판의 산세성 향상에 있어서 매우 중요한 역할을 담당한다. P는 계면 석출 현상을 유발하는 원소로서 스케일과 강판 계면에 화학적으로 불안정한 Fe-P 화합물을 형성하여 산세시 스케일의 제거를 용이하게 하는 역할을 한다. P는 특히 Si 함량이 높은 강종의 산세성 향상에 유리하다. 그러나 그 양이 지나치게 높으면 주조성이 악화되고 열연시 적열 취성이 유발하는 문제가 있다. 따라서 P의 함량은 0.01~0.05%로 한정한다.
황(S)의 함량은 0.03%이하(0은 제외)로 한다. S는 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소이다. 특히 S는 조대한 MnS황화물을 형성하여 플렌지크랙과 같은 결함을 발생시키고, 강판의 구멍확장성을 감소시키므로 그 첨가량을 0.03% 이하로 한정한다.
안티몬(Sb)의 함량은 0.003~0.1%로 한다. Sb는 강판의 표면을 열연 공정에서 생성되는 각종 서브스케일의 성장을 억제하는데 기여하게 된다. 또한 Sb는 스케일과 금속 계면에 산화되지 않는 상태로 농화되어 스케일의 박리성을 향상시키는데 유리하므로 산세에 유리하다. 그러나 Sb가 과도하게 사용되는 경우 결정립 계면에 석출되는 양이 많아지면서 계면이 기계적으로 취약해질 위험이 있다. 상기 Sb의 함량이 0.003% 미만에서는 소정의 효과를 발휘하기 어렵고, 0.1%를 초과하면 재질의 가공 취화가 발생할 위험이 있다.
나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 조성된다.
이하 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
상기 성분을 만족하는 강 슬라브를 가열로에서 1100~1300℃로 재가열한다. 합금원소를 많이 포함하고 있는 강은 열연 가열로 공정에서 생성된 스케일이 과도하여 스케일성 결함으로 발전할 수 있으므로 가열로의 온도 상한을 1300℃보다 낮은 온도로 제한을 두기도 하는데, 본 발명에서는 스케일 결함 발생에 대한 우려가 없으므로 1300℃까지 열처리가 가능하다.
상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연한다. 열간압연시 마무리 열간압연온도는 780~900℃로 한정한다. 마무리 열간압연온도는 강판제조시 조업성 및 변태후의 페라이트 입경에 영향을 미친다. 본 발명에서 마무리 열간압연온도가 780℃ 미만이면 압연부하가 과다할 뿐만 아니라 압연 통판성에 악영향을 끼치게 되며, 900℃를 초과하면 조직이 조대해져 강도 및 연성의 저하를 초래하게 된다.
상기와 같이 열간압연된 열연강판을 650~750℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 급냉한다. 상기 급냉시 냉각속도가 80℃/초 미만이면 펄라이트가 생성되어 가공성이 저하될 우려가 있고, 1000℃/초를 초과하면 정밀한 온도제어가 어려워져 작업이 불가능한 문제점이 있다. 또한 급냉 종료온도가 650℃ 미만이면 페라이트비율이 적어지고 그 형태가 폴리고날 아닌 애시큘러(acicular) 타입으로 변하기 때문에 연성이 저하될 우려가 있고, 750℃를 초과하면 페라이트 분율이 적어져서 연성이 저하되는 문제가 있다.
상기 급냉한 다음, 3~10초간 공냉한다. 상기 공냉은 페라이트 변태가 일어나도록 하기 위한 것으로, 공냉시간은 최종제품 조직내 페라이트와 베이나이트의 분율을 결정하게 된다. 상기 공냉시간이 3초 미만이면 베이나이트 조직이 과도하게 생성되어 연성이 저하될 수 있고, 10초를 초과하면 조직 대부분이 바람직한 페라이트-마르텐사이트의 복합조직의 특성을 발휘하기 어려운 문제가 있다.
상기 공냉처리된 열연강판은 80~1000℃/초의 냉각속도로 20~450℃까지 냉각한 다음 권취한다. 이때 공냉중에 미변대한 오스테나이트상이 마르텐사이트로 변태하게 된다. 상기 권취온도까지의 냉각속도가 80℃/초 미만이면 펄라이트가 형성되어 가공성이 저하될 우려가 있고, 1000℃/초를 초과하면 정밀한 온도제어가 어려워 작업이 불가능할 수 있다. 또한 상기 권취온도가 450℃를 초과하면 오스테나이트 조직에서 마르텐사이트로 변태하지 않고 베이나이트화가 진행되어 우수한 기계적 특성을 확보할 수 없게 된다.
상기 조성 및 공정에 의한 본 발명인 열연강판의 미세조직은 페라이트를 기지조직으로 하여 20% 이하의 마르텐사이트 조직으로 구성되어 있으며 소량의 베아 나이트와 펄라이트를 포함할 수 있다. 상기 조직을 구성함으로써, 고강도를 만족하고 균일연신율(uniform elongation)과 전연신율(total elongation)이 우수한 강판을 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
(실시예)
하기 표 1의 성분을 만족하는 강 슬라브를 1250℃로 가열하고 표 2의 조건으로 열연강판을 제조한 다음 HCl용액으로 강판 표면의 산화물을 제거하여 강판 표면을 관찰하여 적스케일의 정도를 관창하였고 인산염 처리를 수행하였다. 또한, 물리적 특성(인장강도, 항복강도, 연신율, 항복비) 및 표면 품질을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
산세 후 발명강 1과 비교강 1의 표면 사진을 도 1에 나타내었다.
이때 표면 등급은 권취후 HCl 용액으로 강판 표면의 산화물을 제거하여 강판 표면을 관찰하여 적스케일의 정도로 관찰하여 다음과 같이 5단계의 등급으로 구분하였다. 1등급은 적스케일의 형태가 전혀 관찰되지 않은 경우, 2등급은 강판의 부분적으로 열연 방향을 따라서 가느다란 선형이 희미하게 관찰되는 경우, 3등급은 압연방향을 따라 적스케일 패턴이 강판 전체적으로 관찰되는 경우, 4등급은 강판 전체적으로 압연방향을 따라서 적스케일 패턴이 강하게 관찰되는 경우, 5등급은 적스케일의 면적이 50%이상이 되며 패턴이 뚜렷한 경우로 구분하였다.
강종
조성(중량%)
C Si Mn P S Al Cr Sb
발명강1 0.075 0.05 1.64 0.03 0.002 0.4 0.2 0.005
발명강2 0.075 0.1 1.62 0.03 0.003 0.41 0.4 0.006
발명강3 0.07 0.03 1.71 0.035 0.005 0.4 0.25 0.004
발명강4 0.07 0.1 1.82 0.03 0.003 0.39 0.4 0.006
발명강5 0.072 0.05 1.62 0.028 0.002 0.4 0.15 0.01
비교강1 0.07 0.71 1.42 0.025 0.002 0.02 0.01 -
비교강2 0.08 0.4 1.62 0.02 0.002 0.01 0.4 -
비교강3 0.07 0.99 1.22 0.04 0.002 - - -
비교강4 0.07 1.2 1.40 0.02 0.002 - - -
강종
공정조건 기계적 성질 표면품질
열연마무리온도(℃) 공냉시간(초) 권취온도(℃) YS(MPa) TS(MPa) EL(%) YR(%) 표면등급 인산염부착량(g/㎡)
발명강1 860 3 50 467 662 25 71 1 2.37
발명강2 849 3 220 358 595 29.8 62 1 2.22
발명강3 843 3 300 396 607 28.1 65 1 2.41
발명강4 856 3 270 385 600 27.4 64 1 2.36
발명강5 865 3 250 365 595 28.5 62 1 2.14
비교강1 840 3 55 472 665 25 72 4 2.82
비교강2 835 4 400 410 560 25.5 74 2 2.43
비교강3 820 3 270 415 610 27.5 68 4 2.75
비교강4 860 3 222 420 620 27.2 67 5 3.05
상기 표 2에 나타난 바와 같이 발명강은 590MPa 이상의 강도 수준에서 우수한 연신율을 확보함과 동시에 적스케일 형태의 결함이 전무한 우수한 표면 품질을 나타내었다.
비교강 1은 Si, Al, Cr의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나고, Sb를 첨가하지 않은 경우로써, 표면에 적스케일이 발생하였다.
비교강 2는 Si, Al의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나고, Sb를 첨가하지 않은 경우로써, Si의 함량이 0.4%로 비교적 낮으나 적스케일이 2등급으로 다소 발생하였고 인장 강도 값이 560MPa로 비교적 낮았다.
비교강 3 및 4는 Al, Cr, Sb를 첨가하지 않은 경우로써, Si 함량이 1~1.2%에 해당하는 경우가 되겠는데 적스케일이 4~5 등급으로 매우 심하게 발생하였다.
또한 인산염 처리 결과 발명강의 경우는 부착량이 평균 2.3g/㎡이고 비교강은 평균 2.76g/㎡이었다. 발명강은 비교강에 비해 인산염 입자가 전체적으로 균등하게 도포됨을 확인 할 수 있다. 이것은 발명강의 경우 스케일 결함이 적기 때문에 표면의 형상이 균질하고 잔류 스케일 등의 인산염 형성을 방해하는 결함이 적기 때문이다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이 발명강 1은 적스케일이 전혀 발생하지 않은 반면, 비교강 1은 압연방향을 따라서 적스케일이 교대로 나타나는 것을 알 수 있다.
도 1은 발명강 1과 비교강 1의 산세처리 후 표면을 나타낸 사진이다.

Claims (3)

  1. 중량%로 C: 0.05~0.10%, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.2초과~0.5%, N: 0.04%이하(0은 제외), S: 0.03%이하(0은 제외), P: 0.01~0.05%, Cr:0.1~1.0%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Sb: 0.003~0.1%를 포함하며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 표면품질이 우수한 고강도 고연성 열연강판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열연강판은 그 미세조직이 페라이트를 기지조직으로 하여 20면적% 이하의 마르텐사이트 조직으로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면품질이 우수한 고강도 고연성 열연강판.
  3. 중량%로 C: 0.05~0.10%, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.2초과~0.5%, N: 0.04%이하(0은 제외), S: 0.03%이하(0은 제외), P: 0.01~0.05%, Cr:0.1~1.0%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Sb: 0.003~0.1%를 포함하며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 가열로에서 1100~1300℃로 재가열한 후 780~900℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 열연강판을 650~750℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 급냉한 다음, 3~10초간 공냉하는 단계; 및
    상기 공냉된 열연강판을 80~1000℃/초의 냉각속도로 20~450℃까지 냉각한 다음 권취하고 산세하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면품질이 우수한 고강도 고연성 열연강판의 제조방법.
KR1020080133423A 2008-12-24 2008-12-24 표면특성이 우수한 고강도 고연성 열연강판 및 그 제조방법 KR101079529B1 (ko)

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