KR101308719B1

KR101308719B1 - 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101308719B1
Application number: KR1020090120149A
Authority: KR
Inventors: 김재익
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2013-09-13
Also published as: KR20110063194A

Abstract

본 발명은 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량%로 C:0.002~0.010%, Mn:0.3~0.6%, P:0.03~0.08%, Al:0.02~0.08%, B:0.001~0.003%, W:0.05~0.30%, Sn:0.05~0.25%, N:0.002~0.010%, Nb:0.02~0.08%, S:0.015%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판 및 그 제조방법을 기술적 요지로 한다. 본 발명에 의하면 기존의 스테인레스 강판에 비해 저비용으로 제조 가능하고, 신장 플랜지성, 벤딩성 및 딥드로잉성(deep drawing)의 다양한 가공특성을 갖고 있어 상온 가공성이 우수하며, 고용원소 석출로 내시효성이 증가하여 항복점 연신현상이 발생하지 않아 성형성이 우수할 뿐만 아니라, 고온 강도가 뛰어나 고온 적용 제품의 형상 동결성 확보로 설비 수명이 연장되며, 고온에서 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판을 제조할 수 있다.

냉연강판, 침상 베이나이트, 내열성, 가공성, 내변색성, 고강도, 내시효성

Description

가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH AND HEAT-RESISTANCE COLD-ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT FORMABILITY, HEAT RESISTANCE, SURFACE PROPERTIES FOR WORKING AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차, 가전제품 및 보일러 등에 사용되는 고강도의 가공용 고내열 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강 성분과 공정 조건을 최적화함으로써 제조된 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 자동차 배기계, 가정용 연통, 오븐 및 보일러 등과 같은 제품 부재에는 주철이 사용되는 것이 일반적이었으나, 수백도(℃) 이상의 고온 환경에 지속적으로 노출되어 높은 내열특성(heat resistance)이 요구되므로 이러한 고온 특성을 확보하기 위하여 알루미늄 용융도금강판, 스테인리스 강판 등을 가공하여 사용하게 되었다.

고온 특성이란 가공된 제품이 고온 환경에서 사용될 때의 특성중 하나로서, 자동차 배기계 등의 제품 사용시 국부적인 온도 상승에 의해 제품의 특성이 열화될 수 있으므로 고온 특성, 즉 내새그성, 고온강도 및 내변색성이 요구된다. 이중 내새그성이란 강판이 고온에 반복적으로 노출되어 재질의 변화가 일어나 처지는 현상(sagging)으로서 이러한 현상이 발생하면 성형부의 형상 유지가 곤란하게 되고, 열응력이 특정 장소로 집중될 경우 고온 내력이 저하되어 제품 형상이 변형되거나 파괴가 일어나므로 형상 동결성 확보를 위해 700℃내외의 고온에서 55MPa이상의 항복강도를 만족할 필요가 있으며, 고온 조건에서 강판의 산화를 방지하고 도금시 도금 물질과의 밀착성을 확보하기 위한 표면 특성인 내변색성이 요구된다.

이와 같은 내열 용도로 스테인리스 강판(stainless steel sheet)이 주로 사용되어 왔지만, 스테인리스 강판은 Cr, Ni 등 고가의 합금원소의 다량 첨가로 제조 비용이 고가일 뿐만 아니라 고온에서 가열시 결정립계의 Cr이 C와 결합하여 입계에 크롬카바이드(chromium carbide)가 석출됨으로써 생긴 Cr 고갈층(chromium depleted zone) 부위에 입계 부식이 발생되어 내식성(corrosion resistance)이 떨어지는 문제점이 있다

그리고, 고온에서 내산화성을 확보하기 위하여 알루미늄 용융도금강판을 사용하기도 하나, 이러한 알루미늄 용융도금강판은 400℃이상의 고온으로 가열되는 경우에는 Fe와 Al의 상호 확산반응에 의한 계면의 합금층이 성장하여 단시간에 표면의 광택을 잃어버리고 변색되어 내열특성이 부족하게 되므로 적용될 수 있는 용도가 제한되는 문제점이 있다.

또한, 자동차의 배기계, 가정용 연통, 오븐 및 보일러 등과 같은 제품은 한정된 공간에 수용되도록 제조되고, 다양한 방법을 통해 복잡한 형상으로 성형되어 조관후에는 확관하거나 벤딩하는 가공 공정이 필요하므로 상기 고온 특성 이외에도 상온 가공성이 요구될 뿐만 아니라, 사용 부재의 내충격 특성 확보를 위해서는 상온에서 인장강도 350MPa이상이 요구된다.

그리하여, 일본 공개특허공보 특개평9-176816은 강중 Al과 고용된 N의 함량을 조정한 강판을 알루미늄 도금후 열처리하여 내열성과 가공성을 향상시키고자 하였으나, 상기 강판은 550℃이상의 온도에서 사용되는 제품의 부재로 적용되기 어렵고, 강 성분의 첨가량 조정이 용이하지 않아 가공성 열화 및 시효에 의한 가공 결함이 우려된다.

또한, 일본 공개특허공보 특개평8-319548은 강판의 표면에 피복층을 형성함에 의해 고온강도 등이 우수한 용융알루미늄 도금강판을 제조하고자 하였으나, 강판의 특성 개선보다는 도금 조건의 개선 방안을 제시하고 있어 도금층 성분 변경시 그 조정이 어려울 뿐만 아니라, 목표로 하는 내열성을 얻기 어려운 문제가 있다.

또한, 일본 공개특허공보 특개평9-111396은 페라이트와 마르텐사이트의 2상 조직으로 이루어진 내충격 특성이 우수한 고강도 강판을 제조코자 하였으나, 연신이 충분치 않아 성형성이 좋지 않은 문제가 있다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 자동차 배기계, 가정용 연통, 오븐 및 보일러 등과 같이 고온 특성과 상온 가공성이 동시에 요구되는 용도에 사용하기 위해, 고가의 합금원소의 첨가를 줄이면서 강 성분과 공정 조건을 최적화함으로써 저비용으로 제조 가능한 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로 C:0.002~0.010%, Mn:0.3~0.6%, P:0.03~0.08%, Al:0.02~0.08%, B:0.001~0.003%, W:0.05~0.30%, Sn:0.05~0.25%, N:0.002~0.010%, Nb:0.02~0.08%, S:0.015%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판을 제공한다.

이때, 상기 Nb와 C의 원자비 Nb/C의 값이 0.8~2.0인 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 냉연강판은 Nb계 탄화 석출물이 형성된 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 B와 N의 원자비 B/N의 값이 0.5~1.5인 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 냉연강판은 B계 질화 석출물이 형성된 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 냉연강판은 등축상 페라이트와 침상 베이나이트 조직으로 이루 어진 것에도 그 특징이 있다.

여기서, 상기 냉연강판의 침상 베이나이트 조직의 체적 분율은 10~25%인 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 냉연강판의 표면에 Sn계 산화층이 형성된 것에도 그 특징이 있다.

이때, 상기 Sn계 산화층은 Sn₂O₃층인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 중량%로 C:0.002~0.010%, Mn:0.3~0.6%, P:0.03~0.08%, Al:0.02~0.08%, B:0.001~0.003%, W:0.05~0.30%, Sn:0.05~0.25%, N:0.002~0.010%, Nb:0.02~0.08%, S:0.015%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강슬라브를 가열한 후 열간압연하고, 권취 후 냉간압연한 다음, 냉간압연된 강판을 830℃이상의 온도에서 소둔 처리하고, 소둔 처리된 강판에 대하여 40℃/sec이상의 냉각속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 강슬라브는 상기 Nb와 C의 원자비 Nb/C의 값이 0.8~2.0인 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 강슬라브는 상기 B와 N의 원자비 B/N의 값이 0.5~1.5인 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 열간압연은 900~950℃에서 마무리 압연하는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 열간압연은 열간압연된 열연판을 20~80℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 권취는 560~680℃에서 행하여 지는 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 소둔 처리는 830~900℃에서 행하여 지는 것에도 그 특징이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 스테인레스 강판에 비해 저비용으로 제조 가능하고, 신장 플랜지성, 벤딩성 및 딥드로잉성(deep drawing)의 다양한 가공특성을 갖고 있어 상온 가공성이 우수하며, 고용원소 석출로 내시효성이 증가하여 항복점 연신현상이 발생하지 않아 성형성이 우수할 뿐만 아니라, 고온 강도가 뛰어나 고온 적용 제품의 형상 동결성 확보로 설비 수명이 연장되며, 고온에서 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 냉연강판에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 저비용으로 신장 플랜지성(stretch-flangeability), 벤딩성(bendability), 딥드로잉성(deep drawing) 등의 다양한 가공특성과 내시효성(anti-aging properties), 내식성을 만족하면서 700℃에서 55MPa 이상의 항복강도와 상온에서 350MPa이상의 인장강도 및 고온에서의 내변색성를 동시에 확보하기 위한 연구 및 실험을 거듭하여 본 발명을 완성시켰다. 그 결과로 본 발명은 극저탄소량을 포함하고, 강 성분중 Mn, P의 함량을 높이며, Nb와 C 및 B와 N의 원자비를 제어하여 미세한 Nb계 탄화 석출물과 B계 질화 석출물을 형성시키고, 소둔 및 냉각 조건을 최적화하여 침상 베이나이트 조직의 체적 분율을 확보함으로써 고온에서의 내열성, 내식성 및 내변색성, 상온에서의 내시효성 및 가공성이 우수하여 자동차 배기계, 가정용 연통, 오븐 및 보일러 등의 제품 부재로 적합한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판을 제조하는데 그 특징이 있다.

먼저, 본 발명의 성분 한정 이유에 대하여 설명한다.(이하, 중량%는 간단히 %로 표기함)

탄소(C)는 강판의 상온 및 고온 강도 향상을 위해 첨가되는 원소로서 본 발명에서는 석출물 형성을 위해 Nb와의 반응에 의해 주로 소비된다. C의 첨가량이 증가할수록 인장 및 항복강도는 증가하나 과잉 첨가되면 시효의 원인이 되고 가공성이 저하되므로 그 상한은 0.010%가 바람직하다. 다만, 0.002% 미만이면 충분한 Nb계의 탄화 석출물 생성 효과를 얻을 수 없고 결정립 크기가 증가하여 재질의 급격한 변화가 발생하므로, C의 함량은 0.002~0.010%로 한정한다.

망간(Mn)은 고용 강화 원소로서 강의 강도를 높이고 열간 가공성을 향상시키지만 MnS 형성에 의해 연성 및 가공성을 저해하는 원소이다. 따라서, Mn이 과잉 첨가되면 연성이 저하되고 합금원소의 다량 첨가에 의한 경제성 저하 및 중심 편석의 발생 요인이 되므로 상한은 0.6%가 바람직하다. 다만, 0.3% 미만이면 가공성은 개선되나 목표로 하는 강도 확보가 곤란하므로, Mn의 함량은 0.3~0.6%로 한정한다.

알루미늄(Al)은 용강의 탈산을 위해 첨가되는 원소로서 강중 고용원소와 결합되어 시효 특성을 개선하므로 0.02% 이상 함유되는 것이 바람직하다. 다만, 0.08%를 초과하여 과잉 첨가되면 강중 개재물의 양을 증가시켜 표면 결함을 유발하고 가공성이 저하되므로, Al의 함량은 0.02~0.08%로 한정한다.

인(P)은 강의 강도 및 내식성을 향상시키는 중요한 원소로서 이들 특성의 확보를 위해서는 0.03% 이상 함유되는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.08%를 초과하면 주조시 중심 편석을 일으키고 가공성이 저하되므로, P의 함량은 0.03~0.08%로 한정한다.

질소(N)는 강 내부에 고용 상태로 존재하면서 재질 강화에 유효한 원소로서 0.002% 미만 함유하면 충분한 강성을 얻을 수 없고 석출물 형성 사이트가 감소하게 되며, 그 함량이 0.010%를 초과하면 고용원소 과다로 시효의 원인이 되어 경화가 일어나 성형성을 악화시키는 주원인이 되므로, N의 함량은 0.002~0.010%로 한정한다.

보론(B)은 강 내부에 고용되어 강도 및 인성을 높이고, BN과 같은 보론계 질화 석출물 형성에 의해 내시효성, 가공성을 향상시키며, 고온에서 결정립 성장을 억제하는데 효과적인 바, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.001% 이상 첨가되는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.003%를 초과하면 재질 편차가 유발되고 고온에서 재결정을 현저히 지연시켜 작업성을 저하시키는 요인이 되므로, B의 함량은 0.001~0.003%로 한정한다.

황(S)은 강중 Mn과 결합해 부식 개시점 역할을 하는 비금속 개재물을 형성하고 적열취성(red shortness)의 요인이 되므로 가능한 그 함량을 저감시키는 것이 바람직하므로 S의 함량은 0.015%이하로 한정한다.

니오븀(Nb)은 강판의 강도 상승과 결정립 미세화에 유효한 원소로서, 본 발명에서는 강중 고용된 C와 결합하여 Nb계 탄화 석출물을 형성하여 시효성 및 성형성을 개선하고 강도가 증가되며, 고온에서의 결정립 성장을 억제하여 입자를 미세화하는 효과를 제공하므로 0.02%이상 함유되는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.08%를 초과하면 재질이 경화되고, 연속소둔 처리시 조업성이 저하되며, 강판의 표면 특성을 열화시키므로, Nb의 함량은 0.02~0.08%로 한정한다.

텅스텐(W)은 강내 석출조장 및 고온강도 향상에 효과적인 원소로서, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 최소 0.05% 이상의 첨가가 필요하나, W의 함량이 0.30%를 초과하면 석출 촉진에 대한 기여 효과 보다는 고가의 합금원소 첨가에 따른 제조원가의 상승요인이 되므로, W의 함량은 0.05~0.30%로 한정한다.

주석(Sn)은 강 내부에 고용상태로 존재하여 고온특성 및 내식성을 향상시키는 원소로서, 열처리에 의해 가열, 산화되어 강판 표면에 Sn₂O₃와 같은 Sn계 산화물을 형성함으로써 강판 표면에 합금화층 형성을 억제하여 고온에서 내식성과 내변색성을 향상시키는 바, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.05%이상 첨가하는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.25%를 초과하면 내식성이나 내변색성 향상에 대한 기여 효과보다는 제조원가 상승의 요인이 되므로, Sn의 함량은 0.05~0.25%로 한정한다.

Nb와 B의 경우 단독으로 관리하는 것도 중요하지만, 본 발명에서 목표로 하는 고온 및 상온 특성을 확보하기 위해서는 석출물 형성 및 강중 고용원소의 효과를 고려해야 한다. 이를 위해서는 Nb와 C의 원자비 Nb/C와, B와 N의 원자비 B/N을 일정 범위로 유지하여 상온 내시효성과 가공성 및 고온 강도를 동시에 확보하는 것이 중요하다.

Nb와 C의 원자비 Nb/C의 값이 0.8~2.0인 경우에는 Nb계 탄화 석출물의 형성으로 강중 고용원소 C가 고착되어 상온 내시효성과 가공성을 확보할 수 있고, 소둔 및 냉각 조건을 적절히 제어함에 의해 미세한 Nb계 탄화 석출물 형성을 통해 고온에서 결정립 성장을 억제하여 미세조직을 제어함으로써 우수한 고온특성을 확보할 수 있다.

그러나, Nb/C의 값이 0.8 미만인 경우에는 강중 고용원소 과다로 상온 내시효성 및 가공성이 열화되는 문제가 있고, Nb계 탄화 석출물의 양이 미미하기 때문에 우수한 고온강도를 확보할 수 없다. 또한, 그 값이 2.0을 초과하는 경우에는 재질이 경화되고, 재결정의 온도를 급격히 상승시키며, 표면 특성이 열화되어 후공정의 작업성을 저하시키는 문제가 있으므로, Nb/C의 값은 0.8~2.0으로 한정한다.

그리고, 상온에서의 내시효성과 가공성 및 고온에서의 결정립 성장의 억제 효과를 최적화 하기 위해서는 B와 N의 원자비 B/N의 값을 0.5~1.5로 유지할 필요가 있다. 상기 B/N 값이 0.5 미만에서는 강중 고용원소 과다로 상온 내시효성이 열화되고, 고온에서 결정립 억제 효과가 미흡하며, B/N 값이 1.5를 초과하면 연성이 저하되고 가공성이 감소하는 문제가 있으므로, B/N의 값은 0.5~1.5로 한정한다.

본 발명의 냉연강판은 상기 성분을 포함하면서 잔부Fe와 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 그리고 필요에 따라 본 냉연강판의 특성 향상을 위해 합금원소가 더 첨가될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 밝히지 않은 합금원소가 첨가되었다 하여 본 발명의 범위에서 제외되는 것으로 해석되지는 않는다.

한편, 본 발명의 냉연강판은 등축상 페라이트(polygonal ferrite)와 침상 베이나이트(acicular bainite) 조직으로 이루어진 것을 특징으로 하는데, 상기 침상 베이나이트는 내부에 탄화물을 가진 판상의 페라이트 조직으로 전위밀도가 높으며, 인성이 우수하다.

본 발명은 소둔 및 냉각 공정의 조건을 적절히 제어함에 의해 이러한 침상 베이나이트 조직의 체적 분율을 10~25% 확보하여 고전위밀도형 미세조직을 형성함으로써 고온에서 결정립의 이상 성장을 억제하여 상온 및 고온 강도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 침상 베이나이트 조직의 체적 분율이 10% 미만인 경우에는 상온 및 고온 강도의 확보가 곤란하여 우수한 내열성을 얻기 어렵고, 침상 베이나이트 조직의 체적 분율이 25%를 초과하는 경우에는 재질 경화에 의해 가공성이 열화되는 문제가 있어, 침상 베이나이트의 체적 분율을 10~25%로 한정한다.

이하, 본 발명의 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기의 조성을 지닌 강슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 권취 후 냉간압연하며, 830℃ 이상의 온도에서 소둔 처리된 강판에 대하여 40℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각하여 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판을 제조할 수 있다.

상술한 성분계와 같이 조성되는 강 슬라브를 통상의 온도에서 재가열한 후 열간압연시 마무리 압연 온도는 900~950℃인데, 상기 마무리 압연 온도가 900℃ 미 만이면 상대적으로 저온 영역에서 열간압연이 종료됨에 따라 최종 형성된 결정립의 혼립화가 발생되어 가공성 및 압연성이 저하되고, 마무리 압연 온도가 950℃를 초과하면 두께 전반에 걸쳐 균일한 열간압연이 이루어지지 않아 결정립 미세화가 불충분하게 되고 이에따라 결정립 조대화에 기인해 충격인성이 저하되므로, 마무리 압연 온도는 900~950℃로 제한한다.

상기 열간 마무리 압연을 한 후에는 런아웃테이블(run-out table)에서 연간압연된 강판을 냉각속도 20~80℃/sec로 냉각하는데, 상기 냉각속도가 20℃/sec 미만이면 결정립 성장의 촉진에 의해 상대적으로 조대 결정립이 형성되어 강도 및 가공성 저하의 요인이 될 수 있고, 냉각속도가 80℃/sec를 초과하면 폭방향 냉각 불균일에 의한 재질의 편차 발생 요인으로 작용하기 때문이다.

상기 런아웃테이블에서 냉각후, 상기 열연강판은 560~680℃의 온도에서 권취가 이루어진다. 상기 권취온도가 560℃ 미만이면 열간압연재의 재질이 다소 경화되어 차공정인 냉간압연 공정에서의 부하가 커져 압연성 확보가 어렵고, 폭방향 온도의 불균일 정도가 증가하여 저온 석출물의 생성 거동 차이로 인해 재질 편차가 유발됨으로써 가공성이 저하되며, 고온 특성이 악화되는 문제가 있다. 또한 권취온도가 680℃를 초과하면 최종 제품의 조직이 조대하게 생성되어 가공성 및 내식성이 저하되는 문제가 있기 때문에, 권취온도는 560~680℃로 제한한다.

상기 권취가 끝난 강판은 산세 처리 및 목표 두께로 냉간압연하는 단계를 거친 후에 재결정 및 미세 조직 제어를 위해 고온으로 연속소둔 공정을 거치게 된다. 이때 침상 베이나이트 조직의 변태 구동력을 충분히 확보하기 위해서는 소둔 온도 가 830℃ 이상인 것이 바람직한데, 소둔 온도가 830℃ 미만인 경우에는 목표로 하는 강판의 미세조직에 존재하는 침상 베이나이트의 체적 분율을 얻을 수 없어 우수한 고온특성의 확보가 곤란하기 때문이다. 다만, 너무 고온에서 소둔시 강판의 표면 결함이 증가할 수 있으므로 소둔온도는 900℃이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상기 소둔 처리된 강판은 냉각 공정을 통해 목표로 하는 침상 베이나이트 조직의 체적 분율을 확보할 수 있는데, 이를 위해서는 냉각속도를 40℃/sec 이상으로 유지한다. 상기 냉각속도가 40℃/sec 미만인 경우에는 서냉으로 인해 목표로 하는 침상 베이나이트 조직의 체적 분율을 얻기 곤란하기 때문이다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

아래의 표 1과 같은 조성으로 용해하여 제조한 발명강1,2와 비교강1 내지 5를 아래의 표 2와 같은 공정 조건하에서 작업하여 냉연강판 발명재1 내지5와 비교재1 내지 10을 제조한 후, 상기 제조된 각 냉연강판 소재에 대하여 침상 베이나이트 조직의 체적 분율 및 상온과 고온에서의 특성을 평가하여 표 3에 나타내었다.

표 3에 기재된 특성중 항복점 연신(yield elongation) 현상은 항복점 연신율을 측정하여 연신이 발생된 경우에는 발생으로, 연신이 발생되지 않은 경우에는 미발생으로 표시하였고, 내꺾임성 시험은 강판 가공후 표면 꺾임이 발생하는 정도에 따라 구분하였으며, 이를 표현하는 꺾임성 지수를 5단계로 나누어 비교적 꺾임 현상이 미미한 1~2 단계를 양호로, 육안관찰이 가능한 정도로 꺾임 현상이 발생한 3~5단계를 불량으로 판정하였다.

또한, 상온 인장강도 시험은 상온에서 인장강도 350MPa 이상이면 양호, 그 미만이면 불량으로 판정하였고, 내새그성 시험은 전장 250mm, 폭 30mm의 소재를 열처리 설비를 이용하여 700℃에서 100시간 동안 가열한 후 강판의 처짐(sagging)을 측정하여 그 처짐 정도가 5mm 이상인 경우에 불량으로, 5mm 미만이면 양호로 판정하였으며, 고온 항복강도 시험은 700℃에서 항복강도가 55MPa 이상이면 양호, 그 미만이면 불량으로 판정하였고, 고온 내변색성 시험은 강판을 500℃의 온도에서 48시간 유지후 표면광택도가 30%이상 저하되면 불량으로 판정하였다.

그리고, 가공성 시험은 상온 가공시 가공 균열(crack)이 발생하는 경우에 불량으로 판정하였다.

이때, 표 1에서 Nb와 C의 원자비 Nb/C의 값 및 B와 N의 원자비 B/N의 값은 각 원소 성분의 중량%를 각각 그 원자량으로 나눈 값의 비를 말한다.

[표1] 발명강과 비교강의 성분

[표2] 강판별 제조공정의 조건

[표3] 강판별 특성 평가

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 강 성분 및 공정 조건이 본 발명의 범위를 만족하는 발명재1 내지 5는 항복점 연신 현상이 발생하지 않았고 내꺾임성이 양호하여 내시효성이 우수하였고, 인장강도 또한 상온에서 350MPa 이상으로 양호하였으며, Nb계 탄화 석출물 및 B계 질화 석출물의 생성 및 침상 베이나이트 조직의 체적 분율의 최적화에 의해 고온에서의 항복강도 및 열처리후 처짐정도(내새그성)가 양호하였고, Sn 첨가에 의한 Sn계 산화층 형성에 의해 고온 내변색성도 양호하였으며, 상온 가공시 가공 균열 등이 발생하지 않아 상온 가공성도 우수하였다.

반면에, 표 1의 강 성분 등이 본 발명의 범위를 만족하는 발명강이지만 표 2 의 공정 조건중 일부가 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재1 내지 5는 대부분 침상 베이나이트 조직의 체적 분율이 낮아 우수한 고온 특성(내새그성, 고온 항복강도, 고온 내변색성)을 갖지 못하였고, 상온 인장강도 뿐만 아니라 가공성 및 내시효성도 불량한 경우가 많았다.

또한, 표 2의 공정 조건은 본 발명의 범위를 만족하나, 표 1의 강 성분 등이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교재6 내지 10은 가공성 및 내시효성이 불량한 경우가 많았고, 침상 베이나이트 조직의 체적 분율이 낮아 고온특성이 대부분 불량하였으며, W가 미첨가되고 Mn과 P의 함량이 낮아 상온 인장강도가 저하되는 경우가 많았고, Sn의 미첨가로 고온 내변색성이 불량하여 상온 특성과 고온특성을 동시에 만족하는 것이 곤란하였다.

그 중 비교재7은 항복점 연신 현상이 미발생하고, 내꺾임성이 양호하여 내시효성 및 가공성이 우수하고, 상온 인장강도가 350MPa 이상으로 양호하였으나, 내새그성, 고온 항복강도 및 고온 내변색성은 불량하였는데, 이는 Nb의 다첨가와 W의 미첨가로 소둔시 조업성이 나빠지고, 강판 표면의 특성이 열화되어 목표로 하는 고온 특성이 확보되지 못하고, Sn의 미첨가로 고온 내변색성이 불량하게 되었기 때문이다. 그리고, 비교재8 내지 10은 강중 고용 탄소량이 많아 가공성 및 내시효성이 불량하였을 뿐만 아니라, Nb/C의 값이 낮아 Nb계 탄화 석출물의 양이 미미하고 침상 페라이트 조직의 체적 분율도 매우 낮아 고온 특성이 불량하였다.

결국, 강의 성분 조건과 제조공정의 조건(특히, 소둔 및 냉각 조건)을 최적화하여 미세한 Nb계 탄화 석출물 및 B계 질화 석출물을 형성하고, 침상 베이나이트 조직의 체적 분율을 제어할 수 있으며, Sn을 첨가하고, W을 일정량 강내 고용시키며, Mn과 P의 함량을 높여 저비용으로 가공성, 내열성 및 내변색성을 동시에 만족시키는 고강도의 가공용 고내열 냉연강판을 제조할 수 있었다.

본 발명에서 상기 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims

중량%로 C:0.002~0.010%, Mn:0.3~0.6%, P:0.03~0.08%, Al:0.02~0.08%, B:0.001~0.003%, W:0.05~0.30%, Sn:0.05~0.25%, N:0.002~0.010%, Nb:0.02~0.08%, S:0.015%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 표면에 Sn계 산화층인 Sn₂O₃층이 형성된 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판.
제1항에 있어서,

상기 Nb와 C의 원자비 Nb/C의 값이 0.8~2.0인 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판.
제1항에 있어서,

상기 냉연강판은 Nb계 탄화 석출물이 형성된 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판.
제1항에 있어서,

상기 B와 N의 원자비 B/N의 값이 0.5~1.5인 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판.
제1항에 있어서,

상기 냉연강판은 B계 질화 석출물이 형성된 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판.
제1항에 있어서,

상기 냉연강판은 등축상 페라이트와 침상 베이나이트 조직으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판.
중량%로 C:0.002~0.010%, Mn:0.3~0.6%, P:0.03~0.08%, Al:0.02~0.08%, B:0.001~0.003%, W:0.05~0.30%, Sn:0.05~0.25%, N:0.002~0.010%, Nb:0.02~0.08%, S:0.015%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,

등축상 페라이트와 침상 베이나이트 조직으로 이루어지고, 침상 베이나이트 조직의 체적 분율은 10~25%인 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판.
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중량%로 C:0.002~0.010%, Mn:0.3~0.6%, P:0.03~0.08%, Al:0.02~0.08%, B:0.001~0.003%, W:0.05~0.30%, Sn:0.05~0.25%, N:0.002~0.010%, Nb:0.02~0.08%, S:0.015%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강슬라브를 가열한 후 열간압연하고, 권취 후 냉간압연한 다음, 냉간압연된 강판을 830℃이상의 온도에서 소둔 처리하고, 소둔 처리된 강판에 대하여 40℃/sec이상의 냉각속도로 냉각하여, 냉각된 강판의 표면에 Sn계 산화층인 Sn2O3층이 형성된 것을 특징으로 하는 가공성, 내열성 및 내변색성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 강슬라브는 상기 Nb와 C의 원자비 Nb/C의 값이 0.8~2.0인 것을 특징으로 하는 가공성 및 내열성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 강슬라브는 상기 B와 N의 원자비 B/N의 값이 0.5~1.5인 것을 특징으로 하는 가공성 및 내열성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법.
제10항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서,

상기 열간압연은 900~950℃에서 마무리 압연하는 것을 특징으로 하는 가공성 및 내열성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법.
제10항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서,

상기 열간압연은 열간압연된 열연판을 20~80℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성 및 내열성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법.
제10항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서,

상기 권취는 560~680℃에서 행하여 지는 것을 특징으로 하는 가공성 및 내열성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법.
제10항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서,

상기 소둔 처리는 830~900℃에서 행하여 지는 것을 특징으로 하는 가공성 및 내열성이 우수한 고강도의 가공용 고내열 냉연강판의 제조방법.