KR101290456B1 - 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

고강도 냉연강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

냉간압연 후 연속소둔시 소둔온도 변화 구간에 투입되는 냉연강판에 대하여 소둔온도의 영향이 거의 없이 고강도를 확보할 수 있도록 하는 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 냉연 강판 제조 방법은 제1소둔온도에서 소둔이 요구되는 제1냉연강판을 제1소둔온도가 유지되는 연속소둔라인에 투입하는 단계; 상기 연속소둔라인의 온도를 상기 제1소둔온도와 상이한 제2소둔온도로 점진적으로 변화시키면서, 제2냉연강판의 전단 부분을 상기 제1냉연강판의 후단 부분에 용접하여 상기 연속소둔라인에 투입하는 단계; 및 상기 연속소둔라인을 상기 제2소둔온도로 유지하고, 상기 제2소둔온도에서 소둔이 요구되는 제3냉연강판의 전단 부분을 상기 제2냉연강판의 후단 부분에 용접하여 상기 연속소둔라인에 투입하는 단계;를 포함하고, 상기 제2냉연강판은, 상기 제1소둔온도 내지 제2소둔온도에서 강판의 재결정화를 지연시키는 합금성분이 첨가되어, 상기 연속소둔라인을 통과 후 목표 강도가 확보될 수 있는 냉연강판인 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 냉연강판 및 그 제조 방법 {HIGH STRENGTH COLD-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE COLD-ROLLED STEEL SHEET}
본 발명은 냉연강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉간압연 후 연속소둔시 소둔온도 변화 구간에 투입되는 냉연강판에 대하여 소둔온도의 영향이 거의 없이 고강도를 확보할 수 있도록 하는 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
냉연강판 제조시, 연속소둔라인(Continuous Annealing Line)에서의 소둔 공정은 강종에 따라 적용되는 소둔온도가 상이하다.
일반적으로 연질 강판의 경우 고온에서 소둔이 이루어지고, 고강도 강판의 경우, 상대적으로 저온에서 소둔이 이루어진다.
연속소둔 방식은 생산성 향상을 위하여 각 강판의 전단 부분과 후단 부분을 용접하여 연속적으로 소둔이 이루어지도록 되어 있다.
본 발명의 목적은 소둔온도의 영향이 거의 없이 고강도를 유지할 수 있는 냉연강판을 연속소둔시 소둔온도 변화 구간에 투입하여, 고온의 소둔 온도에서도 투입된 냉연강판의 소둔 후 강도를 확보할 수 있는 고강도 냉연강판 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉간압연 후 연속소둔시 소둔온도 변화 구간에 투입되는 냉연강판으로서, 소둔온도의 영향이 거의 없이 고강도를 유지할 수 있는 고강도 냉연강판을 제공하는 것이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법은 제1소둔온도에서 소둔이 요구되는 제1냉연강판을 제1소둔온도가 유지되는 연속소둔라인에 투입하는 단계; 상기 연속소둔라인의 온도를 상기 제1소둔온도와 상이한 제2소둔온도로 점진적으로 변화시키면서, 제2냉연강판의 전단 부분을 상기 제1냉연강판의 후단 부분에 용접하여 상기 연속소둔라인에 투입하는 단계; 및 상기 연속소둔라인을 상기 제2소둔온도로 유지하고, 상기 제2소둔온도에서 소둔이 요구되는 제3냉연강판의 전단 부분을 상기 제2냉연강판의 후단 부분에 용접하여 상기 연속소둔라인에 투입하는 단계;를 포함하고, 상기 제2냉연강판은, 상기 제1소둔온도 내지 제2소둔온도에서 강판의 재결정화를 지연시키는 합금성분이 첨가되어, 상기 연속소둔라인을 통과 후 목표 강도가 확보될 수 있는 냉연강판인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제2냉연강판은 니오븀(Nb) 첨가 강판으로서, 탄소(C) : 0.10중량% 이하, 실리콘(Si) : 0.35중량% 이하, 망간(Mn) : 0.50중량% 이하, 인(P) : 0.03중량% 이하, 황(S) : 0.035중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01~0.03중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 제2냉연강판은 상기 제1소둔온도와 상기 제2소둔온도 사이에서 소둔되어, 620~1000MPa의 항복강도를 가질 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판은 연속소둔시 제1소둔온도에서 소둔이 요구되는 하나의 냉연강판과 상기 제1소둔온도와 상이한 제2소둔온도에서 소둔이 요구되는 다른 하나의 냉연강판 사이에 투입되는 냉연강판으로서, 탄소(C) : 0.10중량% 이하, 실리콘(Si) : 0.35중량% 이하, 망간(Mn) : 0.50중량% 이하, 인(P) : 0.03중량% 이하, 황(S) : 0.035중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01~0.03중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 제1소둔온도 내지 제2소둔온도에서 소둔시, 620~1000MPa의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법은 소둔온도의 영향이 거의 없이 고강도를 유지할 수 있는 냉연강판을 연속소둔시 소둔온도 변화 구간에 투입하여, 고온의 소둔 온도에서도 투입된 냉연강판의 소둔 후 강도를 확보할 수 있다.
따라서, 소둔된 냉연강판은 고온 소둔 시에도 목표 강도를 만족할 수 있어서, 정상 제품으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이종 강판의 연속 소둔 방법을 이용한 고강도 냉연강판 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 적용되는 연속소둔라인의 시간에 따른 온도 변화 및 각 시편를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 이종 강판의 연속 소둔 방법을 이용한 고강도 냉연강판 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고강도 냉연 강판 제조 방법은 제1소둔온도 유지 / 제1냉연강판 투입 단계(S110), 소둔온도 변화 / 제2냉연강판 투입 단계(S120) 및 제2소둔온도 유지 / 제3냉연강판 투입 단계(S130)를 포함한다. 이때, 본 발명에서 제조하고자 하는 고강도 냉연강판의 대상은 제2냉연강판이다.
전술한 바와 같이, 연질 강판의 경우 통상 고온에서 소둔이 이루어지고, 고강도 강판의 경우 상대적으로 저온에서 소둔이 이루어진다. 그리고, 연속소둔 방식은 생산성 향상을 위하여 각 강판의 전단 부분과 후단 부분을 용접하여 연속적으로 소둔이 이루어지도록 되어 있다.
이때, 예를 들어, 연속소둔라인(Continuous Annealing line; CAL)에서 제1소둔온도에서 소둔이 요구되는 연질강판을 상기 제1소둔온도에서 소둔한 후, 상기 제1소둔온도보다 낮은 제2소둔온도에서 소둔이 요구되는 고강도 강판을 소둔할 경우, 연속소둔라인의 온도는 제2소둔온도로 낮추어져야 한다. 이러한 온도 변화는 한번에 큰 폭으로 저하되지 않고, 연속공정의 특성상 점진적으로 변화된다.
한편, 연속소둔라인의 온도 구간을 3가지로 분할하면, 제1소둔온도 유지 구간, 소둔온도 변화 구간 및 제2소둔온도 유지구간이 될 수 있다.
이때, 소둔온도 변화 구간에 투입되는 냉연강판의 경우, 소둔온도 변화에 따라서 적절한 소둔이 이루어질 수 없다. 따라서, 이러한 연속소둔라인에서 소둔온도 변화 구간에 투입되는 냉연강판의 경우 목표로 하는 재질 확보가 어려워질 수 있다.
이에 본원발명에서는 이러한 연속소둔라인에 투입되는 냉연강판으로, 상대적으로 낮은 소둔온도에서 충분한 강도를 확보할 수 있으면서, 상대적으로 높은 소둔온도에서도 재결정화가 지연되어 강도를 확보할 수 있는 냉연강판을 이용한다.
그 결과, 연속소둔라인의 소둔온도 변화 구간에 투입되는 냉연강판에 대한 강도 확보가 가능하여, 정상 제품으로 활용할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 이종 재질의 강판들이 연속적으로 소둔되는 연속소둔라인에서 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제1소둔온도 유지 / 제1냉연강판 투입 단계(S110)에서는 제1소둔온도에서 소둔이 요구되는 제1냉연강판을 제1소둔온도가 유지되는 연속소둔라인에 투입한다.
다음으로, 소둔온도 변화 / 제2냉연강판 투입 단계(S120)에서는 연속소둔라인의 온도를 제1소둔온도와 상이한 제2소둔온도로 점진적으로 변화시키면서, 제2냉연강판의 전단 부분을 제1냉연강판의 후단 부분에 용접하여 연속소둔라인에 투입한다.
다음으로, 제2소둔온도 유지 / 제3냉연강판 투입 단계(S130)에서는 연속소둔라인을 상기 제2소둔온도로 유지하고, 상기 제2소둔온도에서 소둔이 요구되는 제3냉연강판의 전단 부분을 제2냉연강판의 후단 부분에 용접하여 연속소둔라인에 투입한다.
이때, 상기 각 단계(S110 ~ S130) 중에서 연속소둔라인의 온도가 변화하는 소둔온도 변화 / 제2냉연강판 투입 단계(S120)가 중요하다. 투입되는 제2냉연강판이 저온 소둔온도에서 소둔이 요구되는 고강도 강판인 경우, 고온 소둔온도에서는 고강도를 확보하기 어렵기 때문이다.
따라서, 제2냉연강판은 제1소둔온도 내지 제2소둔온도에서 강판의 재결정화를 지연시키는 합금성분이 첨가되어, 연속소둔라인을 통과 후 목표 강도가 확보될 수 있는 냉연강판인 것이 바람직하다. 이 경우, 저온 소둔온도 뿐만 아니라 고온 소둔온도에서도 강도 확보가 가능하다.
이러한 제2냉연강판은 니오븀(Nb) 첨가 강판을 이용할 수 있다. 니오븀(Nb)의 경우, 적정 소둔온도 이상에서는 재결정을 지연시켜 고강도 확보에 기여할 수 있는 원소이다.
보다 구체적으로 제2냉연강판은 탄소(C) : 0.10중량% 이하, 실리콘(Si) : 0.35중량% 이하, 망간(Mn) : 0.50중량% 이하, 인(P) : 0.03중량% 이하, 황(S) : 0.035중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01~0.03중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.
탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다. 다만, 탄소의 함량이 0.10중량%를 초과하면, 인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(Si)은 탈산제로 작용한다. 다만, 실리콘이 0.35중량%를 초과하면 용접성이 저하되고, 표면 품질을 열화시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)은 고용강화 원소로써 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도 확보에 효과적인 원소이다. 다만, 망간의 첨가량이 0.50중량%를 초과하면 용접성이 크게 저하되며, 아울러 MnS 개재물 생성 및 중심 편석 발생에 의하여 강의 연성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.
인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 그 함량이 0.03 중량%를 초과하는 경우, 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시킨다.
황(S)은 그 함량이 0.035중량%를 초과하는 경우, 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시킨다.
니오븀(Nb)은 전술한 바와 같이, 적정 소둔온도보다 높은 온도에서 재결정을 지연시켜 고강도 확보에 기여한다. 이러한 효과는 니오븀이 0.01중량% 이상 첨가될 때 현저해진다. 다만, 니오븀의 첨가량이 0.03중량%를 초과하는 경우 고온 소둔시 지나친 강도 향상으로 인하여 극취성을 가질 수 있다.
상기 합금조성을 갖는 강판은 제1소둔온도와 제2소둔온도 사이에서 소둔된 후, 항복강도 620~1000MPa의 고강도를 가질 수 있다.
이때, 제1소둔온도와 제2소둔온도 사이의 온도 차이가 클 경우, 혹은 연속소둔라인의 온도가 제2소둔온도로 안정화될 때까지 제2냉연강판투입은 복수회 이루어질 수 있다.
이 경우, 기 투입된 제2냉연강판의 후단 부분에 하나 이상의 다른 제2냉연강판을 순차적으로 용접하여 연속소둔라인에 투입할 수 있다.
상기의 연속소둔 결과, 제1냉연강판은 제1소둔온도에서 소둔되어 제3냉연강판보다 강도 및 연신율 중 어느 하나가 더 높은 값을 나타낸다. 반면, 제3냉연강판은 제2소둔 온도에서 소둔되어 제1냉연강판보다 강도 및 연신율 중 다른 하나가 더 높은 값을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 제1냉연강판이 680℃ 정도에서 소둔이 요구되는 연질 강판이고, 제2냉연강판이 상기 조성을 갖는 니오븀 첨가 강판이고, 제3냉연강판이 580℃ 정도에서 소둔이 요구되는 고강도 강판인 경우, 제2냉연강판 투입시 연속소둔라인의 온도는 680℃에서 580℃로 점진적으로 낮아지게 된다. 이 경우, 제2냉연강판의 경우 580℃ 소둔온도에서 뿐만 아니라, 니오븀의 재결정 지연 효과에 따라 680℃ 소둔온도에서도 항복강도 620MPa 이상의 고강도를 확보할 수 있다. 따라서, 제조된 제2냉연강판은 소둔온도에 관계없이 정상적인 고강도 강판으로 활용 가능하다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
표 1에 기재된 조성을 갖는 시편 1~4를 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure 112011049466702-pat00001
실시예 1
연속소둔라인의 온도를 680℃에서 점진적으로 낮추면서 시편 2(①)를 투입하였다. 이후 대략 575~580℃에서 상기 투입된 시편 2의 후단 부분에 다른 하나의 시편 2(②)의 전단 부분을 용접한 후 투입하고, 추가 2개의 시편 2(③, ④)와 하나의 시편 1(⑤)을 동일한 방식으로 순차적으로 투입하였다.
실시예 2
①, ②, ③, ④ 시편으로, 시편 2 대신에 시편 3을 적용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방식을 적용하였다.
실시예 3
①, ②, ③, ④ 시편으로, 시편 2 대신에 시편 4를 적용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방식을 적용하였다.
비교예 1
연속소둔라인의 온도를 680℃에서 점진적으로 낮추면서 시편 1(①)을 투입하였다. 이후 대략 575~580℃에서 상기 투입된 시편 1의 후단 부분에 다른 하나의 시편 1(②)의 전단 부분을 용접한 후 투입하고, 추가 3개의 시편 1(③, ④, ⑤)을 동일한 방식으로 순차적으로 투입하였다.
2. 물성 평가
표 2 내지 표 5는 실시예 1~3 및 비교예 1에 따라 소둔 열처리된 후의 각각의 시편의 기계적 특성을 나타낸 것이다. 표 2 내지 표 5에서 YP는 항복강도(MPa)를 의미하고, TS는 인장강도(MPa)를 의미하며, EL은 연신율(%)을 의미한다.
또한, 표 2 내지 표 5에 있어서, 시편 ①은 소둔온도 변화가 가장 심한 구간에 투입된 냉연강판에 해당하며, 시편 ②, ③, ④는 저온소둔 구간이 안정화되지 못한 상태에서 투입된 냉연강판에 해당하고, 시편 ⑤는 저온소둔 구간에 투입된 냉연강판에 해당한다.
[표 2] (실시예 1)
Figure 112011049466702-pat00002

[표 3] (실시예 2)
Figure 112011049466702-pat00003

[표 4] (실시예 3)
Figure 112011049466702-pat00004

[표 5] (비교예 1)
Figure 112011049466702-pat00005

표 2 내지 표 4를 참조하면, 소둔온도 변화 구간에 니오븀이 0.01~0.03중량% 포함된 시편 2 내지 시편 4가 투입된 경우, 모든 실시예에 대하여 소둔 후 항복강도가 620MPa 이상으로 고강도를 나타내었다. 따라서, 실시예 1~3에서 시편 ①, ②, ③, ④로 사용된 시편들은 정상 제품으로 활용할 수 있다.
그러나, 표 5를 참조하면, 소둔온도 변화 구간에 니오븀이 첨가되지 않은 시편 1이 투입된 경우, 소둔 후 항복강도가 목표로 하는 620MPa에 미치지 못하였다. 따라서, 비교예 1에서 ①, ②, ③, ④에 사용된 시편 1은 고강도 강판으로는 활용하기 어렵다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 제1소둔온도 유지 / 제1냉연강판 투입 단계
S120 : 소둔온도 변화 / 제2냉연강판 투입 단계
S130 : 제2소둔온도 유지 / 제3냉연강판 투입 단계

Claims (7)

  1. 제1소둔온도에서 소둔이 요구되는 제1냉연강판을 제1소둔온도가 유지되는 연속소둔라인에 투입하는 단계;
    상기 연속소둔라인의 온도를 상기 제1소둔온도와 상이한 제2소둔온도로 점진적으로 변화시키면서, 제2냉연강판의 전단 부분을 상기 제1냉연강판의 후단 부분에 용접하여 상기 연속소둔라인에 투입하는 단계; 및
    상기 연속소둔라인을 상기 제2소둔온도로 유지하고, 상기 제2소둔온도에서 소둔이 요구되는 제3냉연강판의 전단 부분을 상기 제2냉연강판의 후단 부분에 용접하여 상기 연속소둔라인에 투입하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2냉연강판은, 상기 제1소둔온도 내지 제2소둔온도에서 강판의 재결정화를 지연시키는 합금성분이 첨가되어, 상기 연속소둔라인을 통과 후 목표 강도가 확보될 수 있는 냉연강판인 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2냉연강판은
    니오븀(Nb) 첨가 강판인 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2냉연강판은
    탄소(C) : 0중량% 초과 내지 0.10중량% 이하, 실리콘(Si) : 0중량% 초과 내지0.35중량% 이하, 망간(Mn) : 0중량% 초과 내지 0.50중량% 이하, 인(P) : 0중량% 초과 내지 0.03중량% 이하, 황(S) : 0중량% 초과 내지 0.035중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01~0.03중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2냉연강판은
    상기 제1소둔온도와 상기 제2소둔온도 사이에서 소둔되어, 620~1000MPa의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연속소둔라인의 온도가 제2소둔온도로 안정화될 때까지, 상기 제2냉연강판의 후단 부분에 하나 이상의 다른 제2냉연강판을 순차적으로 용접하여 상기 연속소둔라인에 투입하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉연강판은 상기 제1소둔온도에서 소둔되어 상기 제3냉연강판보다 강도 및 연신율 중 어느 하나가 더 높은 값을 나타내고,
    상기 제3냉연강판은 상기 제2소둔 온도에서 소둔되어 상기 제1냉연강판보다 강도 및 연신율 중 다른 하나가 더 높은 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  7. 연속소둔시, 제1소둔온도에서 소둔이 요구되는 제1냉연강판과 상기 제1소둔온도와 상이한 제2소둔온도에서 소둔이 요구되는 제3냉연강판 사이에 투입되는 냉연강판으로서,
    탄소(C) : 0중량% 초과 내지 0.10중량% 이하, 실리콘(Si) : 0중량% 초과 내지 0.35중량% 이하, 망간(Mn) : 0중량% 초과 내지 0.50중량% 이하, 인(P) : 0중량% 초과 내지 0.03중량% 이하, 황(S) : 0중량% 초과 내지 0.035중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01~0.03중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
    상기 제1소둔온도 내지 제2소둔온도에서 소둔시, 620~1000MPa의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.
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