KR101128942B1 - 열처리 특성이 우수한 미세구상화 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ⅰ) 중량%로 C:0.3~1.0%, Mn: 0.1~1.2%, Si:0보다 크고 0.4%이하, Al: 0.01~0.1%, S:0보다 크고 0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 고탄소 슬라브를 제조하는 단계, ⅱ) 상기 슬라브를 온도는 Ar3 변태점 이상으로 재가열하는 단계, ⅲ) 상기 슬라브를 조압연을 한 다음 온도는 Ar3 변태점 이상의 오스테나이트 영역에서 마무리 압연을 하여 박판을 제조하는 단계, ⅳ) 상기 박판을 수냉각대에서 냉각속도 50℃/초 이상 300℃/초 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계, ⅴ) 상기 박판을 400~650℃의 온도구간에서 냉각을 종료하고 온도를 유지하는 단계, ⅵ) 상기 박판을 450~700℃의 온도구간에서 권취하는 단계, ⅶ) 상기 권취된 박판을 선 소둔을 생략하고 압하율 30% 이상으로 냉간압연하는 단계, 및 ⅷ) 상기 냉간압연한 박판을 구상화 소둔하는 단계; 를 포함하는 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판의 제조방법을 제공한다.

고탄소, 미세펄라이트, 미세 구상화, 세멘타이트, 수냉각대, 냉간압연,

Description

열처리 특성이 우수한 미세구상화 강판 및 그 제조방법{FINE SPHEROIDAL GRAPHITE STEEL SHEET WITH EXCELLENT HEAT TREATMENTABILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 고탄소 강판에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 미세한 펄라이트 조직을 갖는 열처리 특성이 우수한 미세구상화 강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

고탄소 강판은 탄소를 0.3중량% 이상으로 함유하고 그 결정조직이 펄라이트(pearlite) 결정상을 갖는 강판(steel)을 말한다. 고탄소 강판은 최종 공정을 거친 이후에 높은 강도와 높은 경도를 갖게 된다. 이와 같이 고탄소 강판은 높은 강도와 높은 경도를 갖기 때문에 높은 강도와 경도가 요구되는 공구강이나 기계 구조용강으로 사용된다.

공구강으로 사용되는 고탄소 강판의 예로는 일본공업규격으로 분류되는 JS-SK85강이 있다. JS-SK85강은 자동차의 부품이나, 제침용 바늘, 면도날 또는 문구용 칼날 등으로 사용된다.

고탄소 강판은 통상 슬라브(slab)를 연속식 열간압연 공정에 의하여 열연강 판이라는 중간 제품으로 제조된다. 열연강판은 열간압연을 하기 위해 가열된 슬라브를 조압연과 마무리압연을 통하여 소정의 두께로 압연한 다음, 수냉각대(ROT; Run-Out Table)에서 적정온도까지 냉각하여 두루마리 형태의 코일로 권취하여 제조된다.

이러한 열연강판은 산세척(pickling)과 구상화소둔(spherodizing) 공정을 거친 다음 냉간압연하여 냉연강판으로 제조한다. 냉연강판은 다시 소둔 공정과 냉간압연 공정을 차례로 반복적으로 행하여 원하는 두께를 갖는 냉연강판을 제조한다.

이러한 냉연강판은 블랭킹(blanking) 이나 버링(burring) 등의 공정을 통하여 원하는 제품으로 가공한 다음 QT열처리(quenching and tempering)를 통하여 최종 제품으로 가공된다.

이와 같이 일반적으로 가공용으로 사용되는 고탄소강은 열연강판으로 제조된 후, 열연 고탄소강의 펄라이트 조직을 구상화 세멘타이트로 만들기 위한 구상화 소둔 및 냉간압연 과정을 거치게 된다.

통상 원활한 냉간압연을 위해 구상화 소둔을 선행하고, 이후 냉간 압연을 행하며, 이러한 구상화 소둔과 냉간 압연의 과정을 반복하여 구상화 세멘타이트로 이루어진 냉간압연된 고탄소강을 제조하게 된다.

그러나 이러한 공정에서는 먼저 구상화 소둔을 행함으로 인해 완전한 구상화를 위한 구상화 온도가 높아지고, 장시간의 소둔이 필요하게 된다.

이와 같이 장기간 소둔을 할 경우 생성되는 구상화 탄화물의 크기가 너무 크게 되고 아울러 제조 원가 또한 높게 되어 생산성이 낮아 지게 된다.

또한 이러한 열간압연과 권취 후 구상화 소둔과 냉간압연을 거친 가공용 고탄소강은 드로잉 성형, 장출 성형, 신장 플랜지 성형, 굽힘 성형 등 대표적인 가공 등의 거쳐서 제품으로 가공된다. 가공된 제품은 이후 고강도를 발현시키기 위해 담금질과 템퍼링(Quenching and Tempering, QT) 열처리를 행하게 된다.

여기서 고탄소강의 조직이 페라이트와 세멘타이트의 2상으로 구성될 경우에는 세멘타이트의 형상과 크기 및 분포가 가공성과 QT 열처리성에 큰 영향을 미치게 된다.

즉, 펄라이트 조직(페라이트와 세멘타이트의 층상조직)을 갖는 고탄소강을 구상화 소둔하게 되면 구상화 소둔 후에 미구상화된 세멘타이트(펄라이트 라멜라층의 세멘타이트)가 잔존하게 되고, 이러한 미구상화 된 세멘타이트와 조대화된 구상화 세멘타이트 조직에 의하여 상기의 성형성을 악화시키고 또한 QT 열처리성을 저하시키게 된다.

이것은 성형 중 조대한 층상의 세멘타이트에서 공공이 발생하여 파괴가 일어나기 쉽고, 조대한 구상화 세멘타이트는 QT 열처리시 재용해 속도가 느려져 열처리후 경도 확보가 힘들기 때문이다.

한편, 페라이트와 펄라이트의 조직으로 구성된 고탄소 강을 구상화 소둔하는 경우에, 구상화 시간을 단축하기 위하여 열간압연 후에 냉간 압연을 선행하여 구상화 소둔 시간을 단축하게 된다.

그리고 펄라이트 조직에서 세멘타이트 층상 조직의 간격이 작을수록, 즉 조직이 미세할수록 구상화 속도가 향상되어, 구상화를 완료하는데 걸리는 시간이 짧아 지게 된다. 이를 적용하기 위한 다단계 구상화 소둔 방법이 있으나, 이러한 다단계 구상화 소둔 방법은 다단계로 제어하는 것이 용이하지 않고 제조 비용 또한 높다는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 후속 공정인 구상화소둔 공정에서 소둔 온도와 소둔 시간을 단축하기 위해 미세한 세멘타이트 라멜라 조직을 갖는 고탄소 열연강판을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 구상화 탄화물이 미세하고 열처리 특성도 우수한 고탄소 미세 구상화 강판을 제공하는 것이다.

그리고 본 발명은 열처리 특성이 우수한 미세 구상화 강판을 제조하는 고탄소 강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 중량%로 C:0.3~1.0%, Mn: 0.1~1.2%, Si:0보다 크고 0.4%이하, Al: 0.01~0.1%, S:0보다 크고 0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지며, 열간 압연후 상온에서 세멘타이트의 라멜라 간격이 1.0㎛이하인 미세한 펄라이트 조직을 갖고, 상기 미세 펄라이트 분율이 80% 이상인 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판을 제공한다.

이러한 미세 구상화 강판은 구상화 소둔 후 구상화 탄화물의 평균직경이 0.3㎛이하이고, 구상화 분율이 90% 이상이 되도록 하여 구상화 강판의 열처리성 특성을 우수하게 한다.

이러한 미세 구상화 강판에서 C(탄소)의 함유량은 중량% 0.6~0.9%인 것이 더욱 바람직하다.

그리고 이러한 미세 구상화 강판에서 미세 펄라이트 조직은 냉간압연후에는 세멘타이트의 라멜라 간격이 0.7 ㎛이하인 것이 바람직하다.

또한 이러한 미세 펄라이트의 형상은 눌린 팬케익 형상인 것이 바람직하다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, ⅰ) 중량%로 C:0.3~1.0%, Mn: 0.1~1.2%, Si:0보다 크고 0.4%이하, Al: 0.01~0.1%, S:0보다 크고 0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 고탄소 슬 라브를 제조하는 단계, ⅱ) 상기 슬라브를 온도는 Ar3 변태점 이상으로 재가열하는 단계, ⅲ) 상기 슬라브를 조압연을 한 다음 온도는 Ar3 변태점 이상의 오스테나이트 영역에서 마무리 압연을 하여 박판을 제조하는 단계, ⅳ) 상기 박판을 수냉각대에서 냉각속도 50℃/초 이상 300℃/초 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계, ⅴ) 상기 박판을 400~650℃의 온도구간에서 냉각을 종료하고 온도를 유지하는 단계, ⅵ) 상기 박판을 450~700℃의 온도구간에서 권취하는 단계, ⅶ) 상기 권취된 박판을 선 소둔을 생략하고 압하율 30% 이상으로 냉간압연하는 단계, 및 ⅷ) 상기 냉간압연한 박판을 구상화 소둔하는 단계; 를 포함하는 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판의 제조방법을 제공한다.

이러한 미세 구상화 강판의 제조방법은 구상화 소둔 단계에서 (Ac1-200℃ ~ Ac1-50℃)의 온도구간에서 5시간 이하를 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같은 미세 구상화 강판의 제조방법을 통하여, 상기 강판의 권취 단계 이후에 그 조직은 세멘타이트의 라멜라 간격이 1.0㎛이하인 미세한 펄라이트 조직을 갖게 되고, 상기 미세 펄라이트 분율이 80% 이상이 된다.

이러한 미세 구상화 강판의 제조방법에서 C(탄소)의 함유량은 중량% 0.6~0.9%인 것이 더욱 바람직하다.

그리고 이러한 미세 구상화 강판의 제조방법에서 미세 펄라이트 조직은 냉간압연후에는 세멘타이트의 라멜라 간격이 0.7 ㎛이하이고 그 형상은 눌린 팬케익 형상인 것이 바람직하다.

또한 이와 같은 미세 구상화 강판의 제조방법을 통하여, 상기 강판의 구상화 소둔 이후에 그 조직은 구상화 탄화물의 평균직경이 0.3㎛이하이고, 구상화 분율이 90% 이상이 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 특성이 우수한 미세구상화 강판은 붕소(B)를 첨가하지 않고도 미세한 펄라이트 조직을 갖는 열연강판을 제공하는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 특성이 우수한 미세구상화 강판은 열간압연후 구상화 소둔을 행하지 않고 바로 냉간압연을 할 수 있어서 제조공정을 줄일 수 있는 기술적 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 열처리 특성이 우수한 미세구상화 강판은 미세한 구상화 탄화물을 갖고 있어서 최종제품에 내구성과 강도를 갖게 할 수 있는 기술적 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예 따른 미세 구상화 강판은 열간압연된 고탄소강의 미세조직을 미세 펄라이트 조직을 갖도록 미리 조절하고, 구상화 소둔 전에 냉간 압연을 30%이상 먼저 행하여, 상대적으로 낮은 구상화 온도 및 시간 조건의 적용함에 의하여, 생산성이 현저하게 증대되고, 열처리성이 매우 우수한 미세구상화 강판을 제조하는 기술적 효과를 발휘하게 된다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 고탄소 열연강판 및 그 제조방법에 대한 실시예들을 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

본 발명에서 성분원소의 함유량은 특별한 설명이 없는 한 모두 중량%를 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 미세구상화 강판에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 미세구상화 강판은 중량%로 C:0.3~1.0%, Mn: 0.1~1.2%, Si:0보다 크고 0.4%이하, Al: 0.01~0.1%, S:0보다 크고 0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세 구상화 강판에서 이와 같이 성분을 제한한 이유에 대하여 설명한다.

탄소(C)는 0.3 ~ 1.0%로 제한한다. 고탄소강의 장점중의 하나는 열처리에 의한 경도 상승, 즉 우수한 내구성을 확보하는 것이다. 이러한 이유 때문에 탄소의 하한을 0.3%로 하는 것이 바람직하다. 그리고 만약 탄소를 1.0%이상의 첨가할 경우에는 열연 고탄소강의 미세조직에서 조대한 초석 세멘타이트가 생성되어 구상화 소둔 후 탄화물 미세화에 나쁜 영향을 미친다. 따라서 탄소의 범위는 0.3 ~ 1.0% 이고 바람직하게는 0.6~0.9%이다.

망간(Mn)은 0.1~1.2%로 제한한다. 강의 제조공정 중에는 불가피하게 함유되는 황(S)이 철(Fe)과 결합하여 황화물(FeS)를 형성하게된다. 이러한 황화물은 적열취성을 발생시키게 된다. 따라서 망간을 첨가하면 망간이 황과 먼저 결합하여 황이 황화물(FeS)를 형성하는 것을 방지하게 된다. 그러나 망간의 첨가량이 너무 적으면 이러한 효과를 발휘할 수 없어 결국 적열취성이 발생된다. 한편 망간의 함유량이 너무 높으면 중심편석 또는 미소편석등의 편석이 심해지게 된다. 이와 같이 편석이 발생하게 되면 망간(Mn)은 세멘타이트 형성원소이므로, 편석대에서의 탄화물의 밀도나 크기가 크게하는 작용을 하게 된다. 이로 인하여 강의 성형성을 저해하게 된다. 따라서 망간의 함유량은 0.1% ~ 1.2%로 제한하는 것이 바람직하다.

실리콘(Si)은 0.4% 이하로 제한한다. 실리콘은 강중에서 고용강화 효과를 유발하여 페라이트의 강도를 향상시키는 효과가 있는 원소이다. 그러나 너무 많이 첨가되는 경우에 강중에 스케일결함을 증가시켜 강판의 표면 품질을 저하시킨다. 따라서 실리콘의 함유량은 그 함유량의 상한을 0.4%로 제한하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al)은 0.01~0.1%로 제한한다. 알루미늄은 두 가지 목적으로 첨가된다. 그 중 하나는 강 중에 존재하는 산소를 제거하여 응고시 비금속 개재물의 형성을 방지하는 것이다. 또 다른 하나는 강 중에 존재하는 질소를 AlN으로 고정함에 의하여 결정립 크기를 미세화시키기 위함이다. 그러나 알루미늄의 함량이 너무 낮으면 상기 첨가목적을 이룰 수 없고, 반대로 너무 높으면 강의 강도를 증가시키는 문제를 유발하고 아울러 제강에서 원단위의 상승의 문제가 있다. 따라서 알루미늄의 함량은 0.01~0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.

황(S)은 망간과 결합하여 황화물(MnS)을 석출한다. 그러나 이러한 석출물은 그 양이 증가하면 불순물로 작용하므로, 황의 함량은 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 그리고 황의 함량은 낮으면 낮을수록 성형성이 좋아진다. 따라서 황의 함량은 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이하에서는 상술한 실시예에 따른 고탄소 열연강판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 중량%로 C:0.3~1.0%, Mn: 0.1~1.2%, Si:0보다 크고 0.4%이하, Al: 0.01~0.1%, S:0보다 크고 0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 고탄소 강 슬라브를 제조한다.

제조된 강 슬라브를 통상의 방법으로 재가열한 다음, 열간압연을 하고 Ar3 변태점 이상에서 열간 마무리 압연을 실시하여 박판을 제조한다.

열간 압연 마무리 온도를 Ar3 변태점이상으로 규정한 이유는 2상 영역에서 열간압연이 이루어지는 것을 방지하기 위해서이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 강 을 2상 영역에서 열간압연을 행할 경우에는 탄화물이 존재하지 않는 초석 페라이트가 다량 발생하게 된다. 이와 같이 열간압연 단계에서 포석 페라이트가 발생하게 되면 최종 제품에서 전체 조직에 걸친 균일한 탄화물의 분포를 얻을 수가 없게 된다.

이상과 같은 두께까지 마무리 열간압연을 행한 박판은 수냉각대(ROT; Run-Out Table)에서 50℃/초 이상 300℃/초 이하의 냉각속도로 냉각하여 400~650℃의 온도구간에서 냉각을 종료한다. 냉각을 종료한 박판은 450~700℃의 온도구간에서 권취한다. 이와 같이 권취하여 제조된 박판은 그 조직이 세멘타이트의 라멜라 간격이 1.0㎛이하인 미세한 펄라이트 조직으로 구성되며, 이러한 미세 펄라이트의 분율이 80% 이상인 열연 고탄소강판을 제조한다.

이와 같이 수냉각대에서 냉각되는 박판은 권취기에서 권취되기 이전에 펄라이트 상변태율이 80% 이상 완료되게 한다. 이하에서는 이와 같이 열연공정의 조건을 제한한 이유에 대하여 설명한다.

수냉각대에서 냉각되는 박판이 권취되기 이전에 펄라이트 상변태되는 정도가 80% 이하가 될 경우, 열연강판이 권취된 상태에서 펄라이트로 상변태를 하게 된다. 그러면, 변태발열에 의하여 권취코일의 온도가 상승하게 되고, 온도가 상승하게 되면 형성되는 펄라이트 조직이 조대해지게 된다. 펄라이트 조직이 조대한 상태에서 후속 공정을 실시하게 되면 소둔 이후의 제품에 조대한 세멘타이트(Cementite)가 존재하게 된다. 이와 같이 조대한 세멘타이트가 존재하게 되면 제품 가공공정에서 세멘타이트 조직에 응력이 집중하게 되어 제품이 파단되게 되거나 열처리가 원활히 수행되지 않게 된다.

또한 수냉각대에서 냉각되는 박판이 권취되기 이전에 펄라이트로 상변태하지 않고, 권취된 상태에서 펄라이트로 상변태가 되게 되면, 결정조직의 체적분율이 변화하여 코일상태로 권취된 열연강판은 그 형상이 위와 아래로 찌그러져 타원형으로 변화하게 된다. 이와 같이 찌그러진 코일은 짱구코일이라고 한다. 이와 같이 짱구코일이 발생하게 되면 후속하는 정정공정이나 산세공정 등에서 조업이 어렵기 때문에 생산성이나 실수율이 저하되는 원인이 된다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 열연강판이 열연공정 중에 변태 발열이 발생하는 이유에 대하여 설명한다.

고탄소강의 경우 C의 함유량이 증가할수록 CCT 곡선의 Curve Nose가 오른쪽으로 이동하게 된다. 따라서 오스테나이트에서 펄라이트로 상변태를 시작하는 시간이 지연되고 그 종료시간 또한 지연되게 된다. 또한 C 함량이 증가할수록 열용량의 차이에 따른 변태발열량이 증가하게 된다.

따라서 이상과 같은 이유 때문에 마무리 열간압연을 완료한 박판은 코일 상태로 권취되기 이전에 오스테나이트에서 펄라이트로의 상변태를 80% 이상 완료시키는 것이 바람직하다.

이를 위하여 마무리 열간압연을 완료한 박판은 수냉각대에 진입할 초기에 급속히 냉각시키는 것이 바람직하다. 이때의 냉각속도는 50~300℃/sec가 바람직하다.

냉각속도가 50℃/sec 이하일 경우, 수냉각대에서 유지할 수 있는 시간이 그 만큼 줄어들어 펄라이트로의 변태 분율을 확보 할 수 없으며, 펄라이트 이외에 페 라이트 상이 생성될 수 있다. 반면 냉각속도를 300℃/sec 이상으로 냉각을 하게 되면 펄라이트 열연 코일의 폭방향으로 온도가 불균일하여 코일의 형상이 뒤틀어 지는 문제가 발생할 수 있다.

이와 같은 냉각속도로 수냉각대에서 신속히 냉각한 박판은 400~650℃의 냉각정지온도까지 냉각시키고 일정 시간 유지하는 것이 바람직하다. 이 온도 구간에서 냉각을 정지하고 온도를 일정기간 유지하는 것은 고 탄소강에서 미세 펄라이트 조직을 얻을 수 있는 영역이 이온도 구간이기 대문이다. 만약 냉각정지 온도가 400℃ 이하일 경우 베이나이트 조직 또는 마르텐사이트 조직이 생성된다. 이와 같은 조직이 생성되면 고탄소강의 강도와 경도가 너무 높아 이후 공정에서 소둔을 생략하고 냉간압연을 실시할 수 없게 된다. 또한 만약 냉각정지 온도가 650℃ 이상일 경우 조대한 펄라이트 조직이 생성하게 된다. 따라서 탄화물의 구상화 속도를 늦추게 되어 장시간 동안 구상화 소둔을 하게 되고 이와 같이 장시간 동안 구상화 소둔을 하게되면 미세한 구상화 탄화물을 생성시킬 수 없게 된다.

수냉각대에서 400~650℃로 냉각된 박판은 수냉각대를 통과하면서 냉각온도를 유지한 상태에서 펄라이트 상변태를 80% 이상 완료한 다음 450~700℃에서 권취한다.

귄취온도는 냉각정지 온도 구간에서 미세한 펄라이트로 상변태할 경우 변태 발열에 의하여 온도가 상승될 수 있기 때문에 450~700℃로 제한한다.

이상과 같은 조건으로 열간압연을 하게 되면 제조된 열연강판은 그 조직이 미세한 펄라이트를 갖게 된다. 여기서 펄라이트는 페라이트와 세멘타이트와 교대로 겹친 층상의 구조를 의미한다. 따라서 펄라이트가 미세화 되면 이 조직내에 포함된 세멘타이트의 폭이 미세화 되며 이때의 세멘타이트와 세멘타이트 간격 즉 세멘타이트 라멜라 간격은 1.0㎛이하인 것이 바람직하다.

이와 같이 세멘타이트 라멜라 간경이 1.0㎛이하라는 것은 결국 결정조직이 미세 펄라이트 조직을 가지게 되는 것이며, 제조된 열연강판은 미세한 펄라이트의 상분율이 80% 이상이 된다.

이상과 같은 방법으로 제조된 열연강판은 구상화소둔(spherodizing) 공정을 거치지 않고 먼저 냉간압연을 행한다.

이때의 냉간압연의 조건은 압하율을 30% 이상으로 한다. 냉간압연을 하게 되면 조직이 미세하게 된다. 이때 펄라이트 조직내에 포함된 세멘타이트 라멜라 간격은 0.7㎛이하인 것이 바람직하다. 이러한 미세한 세멘타이트는 간혈적으로 끊어지고 펄라이트가 눌려서 팬 케익 형태의 타원형인 미세한 조직이 된다.

이와 같이 냉간압연을 완료한 강판은 그 다음 구상화 소둔을 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강에서 구상화 소둔은 (Ac1-200℃ ~ Ac1-50℃)의 온도구간에서 5시간 이하의 조건에서 행한다. 구상화 소둔시 Ac1-200℃ 이하의 온도에서 구상화 소둔을 하게 되면, 열연 조직에 내재되어 있는 전위를 제거할 수 없다. 또한 이와 같이 낮은 온도에서 구상화 소둔을 하게 되면 펄라이트가 라멜라 세멘타이트로 구상화되는 것을 이룰 수 없게 된다. 또한 구상하 소둔시 Ac1-50℃ 이상의 온도에서 구상화 소둔을 하게 되면, 구상화 온도가 높아 짐에 따라서 구상화 탄화물의 크기가 조대해 지게 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서 구상화 소 둔의 온도조건은 (Ac1-200℃ ~ Ac1-50℃)으로 제한한다.

한편 구상화 소둔 시간은 너무 짧으면 펄라이트의 라멜라 세멘타이트의 구상화가 이루어지지 않으며, 너무 길면 구상화 탄화물이 조대해지기 때문에 소둔 시간을 5시간 이하로 제한한다.

이상 같은 조건으로 강판을 구상화 소둔하게 되면, 강판의 조직에서 구상화 탄화물의 평균직경이 0.3㎛이하이고, 구상화 분율이 90%이상이 된다.

이와 같은 조건을 갖는 구상화 소둔강의 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판을 제조하게 된다.

<실시예>

진공 유도 용해방법으로 표 1에 나타낸 조성의 강괴를 두께 60mm, 폭 175mm로 제조하였다. 제조된 강괴를 1200℃에서 1시간 동안 재가열을 실시한 후 두께가 4.3mm가 되도록 열간압연을 하였다.

[표 1]

강종	C	Mn	Si	Al	S	기타	비고
1	0.22	0.61	0.19	0.04	0.0033	잔부 Fe 및 불순물	비교재
2	0.61	0.59	0.21	0.028	0.0029	상동	발명재
3	0.85	0.42	0.22	0.036	0.0022	상동	발명재

표1에 나타난 시험편의 화학성분에서 알 수 있듯이, 표 1에 나타낸 강종 1은 발명의 범위에 속하지 않는 비교재이고, 강종 2, 3은 발명강의 성분 범위에 속하는 강종이다. 표 1의 강종에 대한 열연 및 냉연 제조조건에 따른 탄화물 크기를 아래 표 2에 나타내었다.

시험편의 열간압연 조건은 열간압연 마무리 온도를 Ar3 변태점이상으로 하였 다. 마무리 열간압연을 한 시험편은 ROT 냉각속도를 100℃/초로 하여 냉각하였으며, 목표한 냉각정지 온도구간 400~650℃까지 냉각한 후 450~700℃로 미리 가열된 로내에서 1시간 동안 유지시킨 이후 로냉시켰다. 이와 같은 제조 조건으로 시험편을 미세 펄라이트 조직을 포함하는 열연 고탄소강의 제조 조건을 동일하게 모사하였다.

열간압연된 고탄소강은 20~40%의 압하율로 냉간 압연을 행하였고, 500~700℃의 온도구간에서 1~20시간 동안 구상화 소둔 열처리를 행하였다. 또한 앞서 제조한 다양한 크기의 구상화 탄화물을 가지는 강종을 900℃로 온도를 높여 오스테나이타이징 열처리하는 동안, 구상화 탄화물이 재용해되는데 걸리는 시간을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 함께 나타내었다.

[표 2]

강종	냉각정지 온도(℃)	냉간압하량 (%)	구상화온도 (℃) /시간(hr)	구상화 분율 (%)	탄화물 평균직경 (㎛)	오스테나이타이징 열처리 시, 구상화탄화물이 재용해되는데까지 걸리는 시간(초)	비고
1	450	30	650 / 5	95	0.48	150초	비교강1
	550	30	650 / 5	95	0.44	150초	비교강2
2	300	20	650 / 5	99	0.61	180초	비교강3
	550	30	650 / 3	92	0.23	30초	발명강1
	600	30	650 / 5	95	0.28	30초	발명강2
	600	30	650 / 20	99	0.58	180초	비교강4
	600	30	550 / 2	80	0.21	180초	비교강5
	700	30	650 / 5	87	0.27	120초	비교강6
3	580	10	600 / 10	71	0.25	300초	비교강7
	580	30	600 / 5	93	0.24	30초	발명강3
	580	30	500 / 7	62	0.18	300초	비교강8
	580	30	700 / 10	97	0.54	180초	비교강9

표2에서 알 수 있듯이 각 시험편의 최종 구상화 소둔 후 구상화 분율 및 미세 탄화물의 평균 직경이 나타나 있다.

발명강 1~3의 경우에는 구상화 분율이 90% 이상이고, 탄화물의 크기가 0.3㎛ 이하인 미세한 탄화물 크기를 나타내었다(도1 참조). 그러나 비교강의 경우에는 탄화물 크기는 0.3㎛이하이나 구상화 분율이 90% 미만이거나, 또는 구상화 분율은 90% 이상이나 탄화물의 크기가 0.5㎛이상으로 상대적으로 조대한 탄화물을 함유하고 있음을 알 수 있다.

또한 비교강의 경우 900℃의 오스테나이타이징 열처리시 탄화물이 재용해되는데 요구되는 시간이 현저하게 증가하였다. 비교강 1, 2의 경우, 탄소 함량이 0.22%로 낮아 구상화 분율은 본 발명의 실시예에서 목표로 하는 90%이상을 만족하나, 탄화물의 크기가 0.3㎛이상이기 때문에 탄화물이 재용해되는데 상대적으로 긴 열처리시간이 요구된다.

그리고 비교강3은 비교적으로 낮은 온도에서 냉각정지가 이루어져 전반적인 열연 미세조직은 마르텐사이트를 형성하였다. 따라서 비교강 3을 냉간 압연해 본 결과 압하율을 20%이상으로 가하기는 것이 불가능하였다.

또한 마르텐사이트에서의 구상화 탄화물의 성장은 기존 펄라이트에서의 구상화 탄화물 성장 속도보다 빨라 최종 탄화물의 크기는 0.3㎛를 초과하는 결과를 나타내었다.

비교강4와 5는 구상화 소둔 열처리 시간을 늘이거나 줄인 경우이다. 이와 같이 구상화 소둔 시간을 늘인 경우, 구상화 분율은 90%이상을 획득할 수 있으나, 탄화물의 크기는 0.3㎛를 초과하였다. 반면 구상화 소둔 시간을 줄인 경우, 탄화물 크기는 0.3㎛이하이나, 구상화 분율을 90%이상 획득하기 불가능하였다.

비교강6은 열간 압연시 냉각정지온도를 높여 조대한 펄라이트 조직을 형성한 후 냉연 및 구상화 소둔을 실시한 강이다. 이러한 비교강 6은 펄라이트의 세멘타이트 라멜라 간격이 조대해지면서, 구상화 소둔 속도가 느려졌다. 이러한 결과 비교강6은 최종 구상화 분율이 87%로 90%이상의 구상화 분율을 얻을 수 없었다.

비교강7의 경우 냉간압연시 압하율을 10%로 하였으나, 냉간 압하율의 감소는 구상화 속도의 감소에 영향을 주어 구상화 분율이 71%로 현저하게 낮아졌다(도2 참조).

비교강8과 9는 구상화 온도를 낮추거나 높인 경우이다. 이와 같이 구상화 온도를 낮추었을 경우, 이로 인해 구상화 속도가 저감되어 구상화 분율이 충분하지 못하였다. 반면 구상화 온도를 높인 경우에는, 이로 인하여 탄화물의 성장 속도가 매우 증대되어 상대적으로 조대한 탄화물이 얻어졌다(도3 참조).

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판 및 그 제조방법에 대해서 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발명강 3의 조건에 따라 제조한 열연강판의 조직을 나타내고 있는 현미경 사진이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교강 7의 조건에 따라 제조한 열연강판의 결정 조직을 나타내는 현미경 사진이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교강9의 조건에 따라 제조한 열연강판의 결정 조직을 나타내고 있는 현미경 사진이다.

Claims (11)

1. 중량%로 C:0.6~0.9%, Mn: 0.1~1.2%, Si:0보다 크고 0.4%이하, Al: 0.01~0.1%, S:0보다 크고 0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지며, 열간 압연후 상온에서 세멘타이트의 라멜라 간격이 1.0㎛이하인 미세한 펄라이트 조직을 갖고, 상기 미세 펄라이트 분율이 80% 이상이며, 구상화 소둔 후 구상화 탄화물의 평균직경이 0.3㎛이하이고, 구상화 분율이 90% 이상인 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 미세 구상화 강판의 상기 미세 펄라이트 조직은 냉간압연후의 세멘타이트의 라멜라 간격이 0.7 ㎛이하인 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 미세 펄라이트의 형상은 눌린 팬케익 형상인 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판.
6. 중량%로 C:0.6~0.9%, Mn: 0.1~1.2%, Si:0보다 크고 0.4%이하, Al: 0.01~0.1%, S:0보다 크고 0.01%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진 고탄소 슬라브를 제조하는 단계;

   상기 슬라브를 온도는 Ar3 변태점 이상으로 재가열하는 단계;

   상기 슬라브를 조압연을 한 다음 온도는 Ar3 변태점 이상의 오스테나이트 영역에서 마무리 압연을 하여 박판을 제조하는 단계;

   상기 박판을 수냉각대에서 냉각속도 50℃/초 이상 100℃/초 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계;

   상기 박판을 400~650℃의 온도구간에서 냉각을 종료하고 온도를 유지하는 단계;

   상기 박판을 450~700℃의 온도구간에서 권취하는 단계;

   상기 권취된 박판을 선 소둔을 생략하고 압하율 30% 이상으로 냉간압연하는 단계; 및

   상기 냉간압연한 박판을 (Ac1-200℃ ~ Ac1-50℃)의 온도구간에서 5시간 이하를 유지하여 구상화 소둔하는 단계;

   를 포함하는 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판의 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 6 항에 있어서

   상기 권취 단계 이후에 상기 박판의 조직은 세멘타이트의 라멜라 간격이 1.0㎛이하인 미세한 펄라이트 조직을 갖고, 상기 미세 펄라이트 분율이 80% 이상인 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서

    상기 냉간압연 단계 이후에 상기 박판의 조직은 세멘타이트의 라멜라 간격이 0.7㎛이하인 미세한 펄라이트 조직을 갖고, 상기 미세 펄라이트의 형상이 눌린 팬 케익 형상인 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판의 제조방법.
11. 제 6 항에 있어서

    상기 구상화 소둔 이후에 상기 박판의 조직은 구상화 탄화물의 평균직경이 0.3㎛이하이고, 구상화 분율이 90% 이상인 열처리성이 우수한 미세 구상화 강판의 제조방법.

Images