KR101318383B1

KR101318383B1 - 열연 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101318383B1
Application number: KR1020110052807A
Authority: KR
Inventors: 유희상; 이성미; 김민철; 김형길
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2013-10-15
Also published as: KR20120133895A

Abstract

열연 강판 및 그의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 열연 강판의 제조방법은 중량 퍼센트(wt%)로 탄소(C):0.45~0.55, 망간(Mn):0.65~0.95, 실리콘(Si):0.15~0.35, 인(P):0보다 크며 0.02% 이하, 황(S):0보다 크고 0.02이하, 알루미늄(Al):0.001~0.030, 크롬(Cr):0.80~1.10, 몰리브덴(Mo):0.40~0.60, 바나듐(V):0.15~0.25, 질소(N):0보다 크고 0.007이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피 불순물을 포함하는 강 슬래브를 제공하는 단계, 상기 강 슬래브를 가열 후 압연 종료온도 850~890℃에서 열간 압연하는 단계, 상기 강 슬래브를 냉각속도 5~8℃/sec로 냉각하는 단계, 및 상기 강 슬래브를 680~710℃에서 권취하는 단계를 포함한다.

Description

열연 강판 및 그 제조방법{HOT ROLLED STEEL SHEET AND METHDO FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 열연 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고탄소 고합금 성분의 열연 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고탄소 고합금강은 소재의 용도를 고려하여 강재의 경화능(hardenability)를 확보하기 위하여 합금원소들을 첨가하게 된다.

고탄소 고합금 강재를 주조후 열연강판으로 제조한 후 원하는 용도의 최종 제품을 제조하기 위하여 재압연 업체에서 소둔, 열처리, 재압연 제품 소둔등의 가공을 하게 된다.

그러나, 종래의 열연강판 제조공정에서는 사상압연후 냉각대(ROT;Run Out Table)에서 냉각시 형상불량이 발생하게 되고 재압연 업체에서는 제품을 눕힌후, 상자소둔로(BAF; Box Annealing Furnace)에서 소둔 및 가역 압연을 실시하게 되는 데 이러한 공정에서 제품의 불량이 발생하는 경우가 있게 된다.

본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위하여 열연코일의 평탄도가개선되고 제어냉각(controlled cooling)에 의한 미세조직 제어가 가능하며 열연강판의 강도를 완화시킴으로써 재압연 업체에서의 2차 가공이 용이한 고탄소 고합금 열연 강판 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 열연 강판은 중량 퍼센트(wt%)로 탄소(C):0.45~0.55, 망간(Mn):0.65~0.95, 실리콘(Si):0.15~0.35, 인(P):0보다 크며 0.02% 이하, 황(S):0보다 크며 0.02이하, 알루미늄(Al):0.001~0.030, 크롬(Cr):0.80~1.10, 몰리브덴(Mo):0.40~0.60, 바나듐(V):0.15~0.25, 질소(N):0보다 크며 0.007이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피 불순물을 포함하며, 펄라이트 분율이 60~70 퍼센트, 페라이트 분율이 30~40 퍼센트이며, 상기 페라이트 기지내 구상화된 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 페라이트 결정립 크기는 5~15㎛이며, 상기 페라이트 기지내 구상화된 탄화물(Fe₃C)의 평균 입자크기는 0.5~1.5㎛인 것을 특징으로 한다.

상기 열연 강판의 항복강도는 700MPa 내지 1,100MPa 인 것을 특징으로 한다.

상기 열연 강판의 연신율은 7% 내지 20% 인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 열연 강판의 제조방법은 중량 퍼센트(wt%)로 탄소(C):0.45~0.55, 망간(Mn):0.65~0.95, 실리콘(Si):0.15~0.35, 인(P):0보다 크며 0.02% 이하, 황(S):0보다 크며 0.02이하, 알루미늄(Al):0.001~0.030, 크롬(Cr):0.80~1.10, 몰리브덴(Mo):0.40~0.60, 바나듐(V):0.15~0.25, 질소(N):0보다 크며 0.007이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피 불순물을 포함하는 강 슬래브를 제공하는 단계, 상기 강 슬래브를 가열 후 압연 종료온도 850~890℃에서 열간 압연하는 단계, 상기 강 슬래브를 냉각속도 5~8℃/sec로 냉각하는 단계, 및 상기 강 슬래브를 680~710℃에서 권취하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 평탄도가 개선되고 제어냉각(controlled cooling)에 의한 미세조직 제어가 가능하며 강도 완화에 의해 2차 가공이 용이한 고탄소 고합금 열연 강판을 제공할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의해 제조된 열연 강판을 나타낸 도면이다.
도 2는 강의 경화능(hardenability)을 평가하는 데 필요한 각종 합금원소의 소입성 배수(multiplying factor)를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 의한 열연 강판의 등온변태도(TTT; Time Temperature Transformation)이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 의해 제조되는 열연 강판의 표면형상 및 열연코일 형태로 권취된 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 종래 기술에 의한 제조방법에 의해 제조된 열연강판의 미세조직을 나타낸 도면이다.
도 7은 본원발명에 의한 제조방법에 의해 제조된 열연강판의 미세조직을 나타낸 도면이다.

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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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 의한 열연 강판 및 그의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 종래기술에 의한 제조방법에 의해 제조된 열연강판의 권취상태를 나타낸 도면으로, 강판 표면의 평탄도 불량으로 인하여 코일링된 열연 강판의 권취상태가 불량한 것을 나타내고 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 열연 강판은 중량 퍼센트(wt%)로 탄소(C):0.45~0.55, 망간(Mn):0.65~0.95, 실리콘(Si):0.15~0.35, 황(S):0.02이하, 알루미늄(Al):0.001~0.030, 크롬(Cr):0.80~1.10, 몰리브덴(Mo):0.40~0.60, 바나듐(V):0.15~0.25, 질소(N):0.007이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피 불순물을 포함하며, 펄라이트 분율이 60~70 퍼센트, 페라이트 분율이 30~40 퍼센트이며, 상기 페라이트 기지내 구상화된 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

탄소(C)의 양은 0.45wt% ~ 0.55wt% 이다. 탄소(C)는 강의 오스테나이트 조직을 안정화시킬 뿐만 아니라 시멘타이트에 의한 분산강화 작용을 한다. 그러나, 과잉으로 포함하게 되면 강의 연신율을 저하시켜 제품의 가공성을 현저히 저하시키기 때문에 전술한 범위로 제한한다.

망간(Mn)의 양은 0.65wt% ~ 0.95wt%이다. 망간(Mn)은 강의 경화능을 증가시키고 펄라이트를 미세화시키며 페라이트의 고용강화를 일으켜 항복강도를 증가시킨다. 하지만 다량으로 포함될 경우 용접시 망간계 퓸이 발생하며 MnS상 석출의 원인이 되어 연신율을 저하시키기 때문에 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

실리콘(Si)의 양은 0.15wt% ~ 0.35wt%이다. 실리콘은 강중에 포함되는 불가피한 불순물이지만 제강시 탈산제 역할로 첨가되는 원소로 페라이트 안정화 원소이다. 강내에 다량 함유되면 재질의 경화를 일으켜서 연성을 저하시키기 때문에 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

인(P)의 양은 0보다 크고 0.02wt% 이하이다. 인(P)은 강중에 포함되는 불가피한 불순물로 산세시 입계 부식을 일으키거나 열간 가공성을 저해시킬 수 이 있다. 또한, 과잉으로 첨가되면 신장 플랜지성이 저하되고 균열이 발생하기 쉬우므로 그 함유량을 전술한 범위로 조절한다.

황(S)의 양은 0보다 크고 0.02wt% 이하이다. 황(S)은 강중에 포함되는 불가피한 불순물로 결정 입계에 편석되어 열간 가공성을 저해시키기 때문에 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

알루미늄(Al)의 양은 0.001wt% ~ 0.030wt%이다. 알루미늄(Al)은 제강시 탈산제로 첨가되는 합금 성분이지만 다량 첨가시 비금속개재물로 존재하여 냉연 스트립의 슬리브(sliver) 결함의 원인이 되며 용접성 저하를 일으키기 때문에 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

크롬(Cr)의 양은 0.80wt% ~ 1.10wt%이다. 크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로서 강의 오스테나이트 조직이 펄라이트나 페라이트로 변태되는 것을 지연시킨다. 또한, 크롬은 2상 영역 공냉 후 오스테나이트가 상온에서 베이나이트나 마르텐사이트로 변태되게 하고 강도를 향상시키는 역할을 하나 1.10wt%을 초과하여 첨가하면 연성 및 용접성을 저하시키며 제품 제조단가를 증가시키므로 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

몰리브덴(Mo)의 양은 0.40wt% ~ 0.60wt%이다. 몰리브덴은 미세한 탄화물의 형태로 강중에 존재해서 강도를 높이는 효과가 있으며, 강의 경화능을 증가시켜 상온 강도를 증가시키는데 유효하다. 또한, 몰리브덴은 제어 압연시에 오스테나이트의 재결정을 억제하여 오스테나이트 조직을 미세화하여 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 몰리브덴은 0.6wt%를 초과하면 용접성이 열화되므로 적절한 강도 확보와 용접성을 고려하여 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

바나듐(V)의 양은 0.15wt% ~ 0.25wt%이다. 바나듐은 권취 공정에서 강중에 미세한 탄질화물을 생성하고 그 석출강화에 의하여 강의 상온 강도 및 고온 강도를 증가시키는 원소이나 함유량이 0.25wt%를 초과하는 경우에는 용접성이 현저히 저하되므로 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

질소(N)의 양은 0보다 크고 0.007wt% 이하이다. 강중 질소(N)는 탄소(C)와 동등하게 불순물 원소로 존재하며 오스테나이트 분율을 증가시키는 역할을 하여 열간 압연시에 오스테나이트상을 석출시켜 재결정을 촉진시키는 역할을 하나 다량의 첨가는 가공성을 저해시킬 뿐만 아니라 냉연제품의 스트레처 스트레인의 원인이 되기 때문에 그 함유량을 전술한 범위로 제한한다.

전술한 원소들을 제외한 열연 강판의 나머지 성분들은 철(Fe) 및 기타 제선, 제강공정에서 발생하는 불가피한 불순물로 이루어진다.

도 2는 강의 경화능(hardenability)을 평가하는 데 필요한 각종 합금원소의 소입성 배수(multiplying factor)를 도시한 그래프이며, 본원발명에 첨가된 주요 합금원소인 크롬, 몰리브덴, 망간 등의 첨가량에 따른 소입성 배수가 급격히 증가함을 알 수 있다.

경화능이란 소입경화하기 쉬운 정도, 즉 강재를 급냉할 경우 마르텐사이트(martensite) 조직을 얻기 쉬운 성질을 나타내는 척도라 할 수 있다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 몰리브덴, 크롬, 망간 등의 합금원소를 첨가함에 의해 본원발명의 고탄소 고합금 강재의 등온변태도(TTT; Time Temperature Transformation)의 펄라이트 변태의 시작점인 노즈(nose)가 시간축에서 오른쪽으로 이동(shift)함에 따라, 급냉시 강재의 마르텐사이트 변태를 위한 임계 냉각속도가 낮아질 수 있다.

도 2를 참조하면, 본원발명의 강재의 경우, 800℃ 이상의 오스테나이트 영역으로 가열한 후 약 800℃ 부근의 Ar3 변태구간으로부터 냉각을 시킬 경우, 약 2~3분 이내에, 펄라이트 변태가 빠르게 시작되는 온도범위인 약 680℃ 부근까지 냉각한 후 등온변태를 시키게 되면 15분 이내에 펄라이트 변태가 종료될 수 있다.

본원발명의 경우, 상기 열연 강판의 페라이트(ferrite) 결정립 크기는 5~15㎛이며, 상기 페라이트 기지(matrix)내 구상화된 탄화물(Fe₃C)의 평균 입자크기는 0.5~1.5㎛ 범위를 갖는다.

상기 탄화물의 구상화는 강재를 비교적 낮은 냉각속도로 제어냉각(controlled cooling) 시킴에 따라, 변태시의 발열에 의해 초기에 변태가 완료된 펄라이트가 재가열됨으로써 탄소의 확산에 의한 페라이트(ferrite)와 시멘타이트(Fe₃C) 계면에너지 감소에 기인한 것이라 할 수 있다.

또한, 상기 열연 강판은 항복강도가 700MPa 내지 1,100MPa 인 것을특징으로 한다. 열연 강판의 항복강도는 탄소 함량, 크롬, 바나듐 등의 합금원소 첨가로 인하여 적어도 700MPa 이상의 강도가 유지되어야 하며 1,100MPa 을 초과하는 경우는 열연 강판의 재압연을 위한 언코일링(uncoiling)시 평탄도 유지가 어려우며 열연 조질압연(skin pass mill)에 의한 형상 교정이 곤란하기 때문이다.

또한, 상기 열연 강판은 연신율이 7% 내지 20% 인 것을 특징으로 한다. 연신율이 7% 미만인 경우는 가공성 저하로 인하여 열연 강판을 재압연을 통해 최종 제품을 생산하는 경우 수율이 저하되며, 20% 초과인 경우는 가공은 용이하지만 적정한 강도를 확보하기가 어렵기 때문이다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 열연 강판의 제조방법은 중량 퍼센트(wt%)로 탄소(C):0.45~0.55, 망간(Mn):0.65~0.95, 실리콘(Si):0.15~0.35, 인(P):0보다 크며 0.02% 이하, 황(S):0.02이하, 알루미늄(Al):0.001~0.030, 크롬(Cr):0.80~1.10, 몰리브덴(Mo):0.40~0.60, 바나듐(V):0.15~0.25, 질소(N):0.007이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피 불순물을 포함하는 강 슬래브를 제공하는 단계, 상기 강 슬래브를 가열 후 압연 종료온도 850~890℃에서 열간 압연하는 단계, 상기 강 슬래브를 냉각속도 5~8℃/sec로 냉각하는 단계, 및 상기 강 슬래브를 680~710℃에서 권취하는 단계를 포함한다.

상기 강 슬래브는 전술한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 열연 강판과 동일한 성분을 갖는 용강(molten steel)을 연속주조 공정에 의해 제조하여 제공될 수 있다.

상기 강 슬래브는 1,000~1,250℃ 범위로 가열된 후 850~890℃에서 열간 압연을 하며 열간 압연 후 냉각속도 5~8℃/sec로 냉각을 시키게 된다.

본원발명의 열간압연 강판은 소재의 상변태 시험결과 Ar3 변태 온도가 800℃ 부근이며 이에 의해 사상압연(finish mill) 출측 온도를 낮추는 것이 가능하다. 사상압연 출측온도를 낮추는 것이 가능함에 따라 냉각속도의 제어도 가능하게 된다. 이에 의해 가열온도를 1,000~1,250℃ 범위, 바람직하게는 1,180℃ 부근으로 설정하고 사상압연 출측온도를 850~890℃로 저온압연이 가능하다. 즉, 사상압연 출측온도를 저하시킴으로 인하여 저온 압연이 가능하다.

또한, 냉각속도와 관련하여 종래의 경우, 강재의 변태율의 향상 및 조직제어 실시의 기능을 고려하여 20~25℃/sec 의 비교적 높은 냉각속도가 요구되나 본원의 경우는 냉각대(ROT; Run Out Table) 상에서의 변태를 유도하기 보다는 안정적인 형상 확보를 위하여 냉각속도를 5~8℃/sec로 유지하여 공냉에 가까운 냉각속도로 제어하게 된다.

냉각속도를 5~8℃/sec로 유지함에 의하여, 고온 압연 저온 권취에서 발생할 수 있는 냉각에 의한 변형에 의한 형상 불량 방지 및 냉각속도 제어를 통한 몰리브덴(Mo) 등의 합금 첨가강에 대한 냉각조건 도출이 가능할 수 있다.

이후 냉각과 함께 또는 냉각후에 680~710℃에서 권취하는 단계를 거치게 된다. 종래의 경우는 권취 온도의 제어와 관련하여 사상압연후 권취단계까지의 공정에서 공정 초기의 냉각(전단 냉각)을 통한 강재(강판)의 등온변태도(TTT; Time Temperature Transformation)의 노즈(nose) 통과 및 변태 과정에서의 발열을 고려하여 권취 온도를 도출하였으나 본원의 경우는 공냉 구간을 설정함으로써 자연 냉각이 될 수 있도록 하였고 그 결과 상기 냉각 속도를 고려하여 권취 온도를 680~710℃ 범위로 설정할 수 있다.

본원발명의 열간압연 강판은 열간압연 및 권취 과정에서의 냉각 속도 제어를 통해 냉각 편차를 제거할 수 있으며, 권취 이후 변태과정에서 고온 변태 구간을 통과시키게 되면 변태에 의한 발열과정에서 생성된 조직을 일부 구상화시키는 것이 가능하다. 이에 의해, 열연 공정에서의 조질 압연기(SPM, Skin Pass Mill) 및 형상 제어시 소재 강도를 하향시키는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본원발명의 열간압연 강판 및 그 제조방법을 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.

표 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 열간압연 강판의 합금 성분비를 나타낸 것이고, 표 2는 표 1의 열간압연 강판의 제조 조건 및 기계적 성질을 나타낸 것이다.

<실시예>

하기의 표 1과 같은 조성을 가진 슬라브(Slab)를 1,180℃ 온도 부근에서 각각 한 시간 유지하여 균질화 처리한 후 표 2에 기재된 마무리 열간압연 온도(FDT)에서 열간 압연하고 권취온도(CT)에서 권취하였다.

성분	C	Mn	Si	P	S	Al	Cr	Mo	V	N
함량 (wt%)	0.50	0.80	0.25	-	-	0.01	1.00	0.50	0.20	-

구분	마무리 압연온도(FDT)	냉각속도(℃/s)	권취온도(CT)	형상	항복강도(YP)	펄라이트(pearlite)분율	페라이트(ferrite) 분율	구형 탄화물 조직
실시예1	899	8	704	양호	928	70	30	있음
실시예2	881	6	706	양호	998	68	32	있음
실시예3	890	7	698	양호	967	67	33	있음
비교예	913	20	638	불량	1,198	48	없음	없음

도 4은 상기 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 열연 강판의 표면을 나타낸 사진으로 강판의 표면이 평탄한 형상을 가지고 있음을 알 수 있다.

도 5은 강판의 표면이 우수한 평탄도를 가짐으로 인하여 권취한 상태에서도 양호한 코일형태를 유지함을 보여주고 있다.

도 6은 비교예에 의한 열연 강판의 미세조직을 나타낸 도면으로, 강재의 미세조직은 베이나이트(bainite) 조직을 타내며, 구형의 탄화물 조직은 관찰되지 않음을 알 수 있다.

도 7은 본원발명의 실시예들의 강판의 미세조직을 나타낸 것으로 페라이트 조직내 구상화된 탄화물이 존재함을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

중량 퍼센트(wt%)로 탄소(C):0.45~0.55, 망간(Mn):0.65~0.95, 실리콘(Si):0.15~0.35, 인(P):0보다 크며 0.02% 이하, 황(S):0보다 크며 0.02이하, 알루미늄(Al):0.001~0.030, 크롬(Cr):0.80~1.10, 몰리브덴(Mo):0.40~0.60, 바나듐(V):0.15~0.25, 질소(N):0보다 크며 0.007이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피 불순물로 구성되며,
펄라이트 분율이 60~70 퍼센트, 페라이트 분율이 30~40 퍼센트이며,
상기 페라이트 기지내 구상화된 탄화물을 포함하며,
연신율이 7% 내지 20% 인 것을 특징으로 하는 열연 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 페라이트 결정립 크기는 5~15㎛이며, 상기 페라이트 기지내 구상화된 탄화물(Fe₃C)의 평균 입자크기는 0.5~1.5㎛인 것을 특징으로 하는 열연 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
항복강도가 700MPa 내지 1,100MPa 인 것을 특징으로 하는 열연 강판.
삭제
중량 퍼센트(wt%)로 탄소(C):0.45~0.55, 망간(Mn):0.65~0.95, 실리콘(Si):0.15~0.35, 인(P):0보다 크며 0.02% 이하, 황(S):0보다 크고 0.02이하, 알루미늄(Al):0.001~0.030, 크롬(Cr):0.80~1.10, 몰리브덴(Mo):0.40~0.60, 바나듐(V):0.15~0.25, 질소(N):0보다 크고 0.007이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피 불순물로 구성되는 강 슬래브를 제공하는 단계;
상기 강 슬래브를 가열 후 압연 종료온도 850~890℃에서 열간 압연하는 단계;
상기 강 슬래브를 냉각속도 5~8℃/sec로 냉각하는 단계; 및
상기 강 슬래브를 680~710℃에서 권취하는 단계를 포함하는 열연 강판의 제조방법.