KR101330287B1 - 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

가전, 자동차 등에 사용되는 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조 방법이 소개된다.
본 발명의 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법은, 중량 %로, 탄소(C) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 0.05 ~ 0.3%, 인(P) : 0.001 ~ 0.020%, 황(S) : 0.020% 이하(0% 제외), 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.09%, 질소(N) : 0.001 ~ 0.004%, 구리(Cu) : 0.05 ~ 0.5%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강으로 제조된 열연강판 표면에, 0.1 ~ 0.4mm 직경의 숏볼을 40 ~ 65 m/s의 속도로 분사하여 숏블라스팅하는 것을 특징으로 한다.

Description

내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING NON-FLUTING HOT-ROLLED STEEL HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE PROPERTY AND THE HOT-ROLLED STEEL BY THE SAME METHOD}
본 발명은 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 강 성분 및 제조 프로세스 등을 최적화하여 내꺽임성 및 내식성이 우수한 중저탄소 베이스의 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
가전 제품 및 자동차 등에 사용되는 강판은 시효에 의한 가공 결함 발생 방지가 필수적인 바, 종래부터 시효 가공 결함 억제를 위해 내시효성이 우수한 탄질화물 형성 원소를 첨가한 극저탄소강과 같은 소재들이 사용되어져 왔다.
이와 같은 제품들에는 필수적으로 내꺽임성 및 가공성 등이 요구되는데, 특히, 자동차의 경우에는 외기 조건에 의해 강판이 산화되는 것이 방지되어야 하는 것은 물론, 사용자가 원하는 표면 색상을 위해 페인트 등의 유기물을 표면에 도장하는 작업이 진행되는 바, 표면 특성 관리가 매우 중요한 인자로 자리 잡고 있다.
꺽임성은 플루팅(Fluting)으로도 지칭되는데, 플루팅이란 가공시 가공부가 다이아몬드 형상으로 꺽이는 현상을 의미하는 것으로, 플루팅이 발생되면 성형부의 형상 유지가 곤란하기 때문에 실제 공정에서 이러한 플루팅은 엄격히 제한되어야 한다.
그러나, 일반적으로 플루팅 현상의 원인이 되는 고용 원소에 의한 시효 현상은 실질적으로 제한하기 곤란한 바, 제강 공정 단계에서의 고청정화 통하거나, 티타늄(Ti), 니오븀(Ni)을 등과 같은 탄질화물 형성 원소를 첨가, 고용 원소들을 고착시키고 있다.
그러나, 이들 탄질화물 형성 원소의 첨가는 플루팅과 같은 가공 결함 억제에는 도움이 되지만, 고청정화를 위한 제강 공정 단계를 증가시켜 생산성을 저하시키는 것은 물론, 고가의 합금 원소 첨가로 제조 원가를 상승시키는 단점이 있다.
또한, 근본적으로 중저탄소강에서 플루팅을 억제하기란 매우 곤란한 것으로 알려져 있는 바, 가전 및 자동차 등과 같이 엄격한 동결성 및 가공성이 요구되는 경우, 가공시 플루팅 현상을 억제할 수 있는 방안 수립이 절실히 요구되고 있다.
한편, 최종 제품의 형상 동결성을 향상시키고, 제조 프로세스를 개선하여 생산성을 높이기 위해서는 상술한 내시효성 의한 플루팅 방지뿐만 아니라, 신장 플랜지성, 벤딩성, 드로잉성과 같은 다양한 가공 특성이 함께 요구된다. 또한, 이들 구조물들은 외부 환경에 노출되어 있으므로 내후성 향상을 위해 강판 표면 도장 작업이 이루어지므로, 이와 같은 가공 특성을 확보하기 위하여 소재 측면에서 도장성 확보가 가능한 도금용 강판의 개발이 요구되고 있다.
일본공개특허 제1989-282420호에는 "가공용 열연강판 제조방법 및 열연강판의 가공 열처리법"이 개시되어 있다.
이는, 자동차 또는 산업기기용 고강도 부재에 적합한 강판을 제조하기 위한 방법으로서, 극저탄소강 베이스에 티타늄(Ti), 니오븀(Ni)과 일부 희토류 원소 등을 첨가함으로써 가공성 및 시효성이 우수한 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
그러나, 이 방법은 상술한 바와 같이, 탄질화물 형성 원소의 첨가에 의해 플루팅과 같은 가공 결함의 억제에는 도움이 되지만, 고청정화를 위한 제강 공정 시간을 증가시켜 생산성 저하 및 고가의 합금원소 첨가에 따른 제조원가를 상승시키는 문제점이 있다.
한국공개특허 제1996-23130호에는 "내시효성이 우수한 고가공용 열연강판의 제조방법"이 개시되어 있다.
이는, 극저탄소 알루미늄 킬드강에 탄질화물 형성 원소인 지르코늄 등을 미량 첨가하고, Ar3변태점 직상의 온도 범위에서 열간 압연하여 페라이트 결정립을 조대화시킴으로써. 내시효성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
그러나, 이 방법에 따르면 시효성을 높이기 위하여 지르코늄과 같은 특수 원소를 첨가하여야 하므로, 제강 작업성이 악화되고, 원가가 상승되는 것은 물론, 소재 강도를 낮게 제조함에 따라 형상 동결성이 악화되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2001-60648호에는 "내시효성 및 균일 연신 특성이 우수한 열연강판의 제조방법"이 개시되어 있다.
이는, 중량 %로, 탄소(C) 0.02~0.05%, 망간(Mn) 0.1~0.3%, 보론(B) 10~30ppm, 인(P) 0.02%이하, 황(S) 0.015%이하, 알루미늄(Al) 0.01~0.04%, 질소(N) 40ppm 이하, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 재가열한 후 Ar3 변태점 이상의 마무리 압연 온도로 열간 압연하여 1.4~2.3mm의 두께로 제조하고, 600~700℃의 온도에서 권취함으로써 내시효성 및 균일 연신 특성을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
그러나, 이 방법과 같이 극미량의 보론(B)을 첨가하고, 권취온도를 제어하는 것만으로는 강 중에 함유된 탄소, 질소 등의 고용원소에 의한 시효 현상을 완벽히 방지할 수 없기 때문에 높은 내시효성을 기대하기 어려운 문제점이 있었다.
일본공개특허 제2008-190008호에는 "내시효성이 우수한 열연강판의 제조방법"이 개시되어 있다.
이는, 중량%로, 탄소(C) 0.04 ~ 0.25%, 규소(Si) 0.001 ~ 0.5%, 망간(Mn) 0.05 ~ 1.5%, 인(P) 0.09% 이하, 황(S) 0.015%, 알루미늄(Al) 0.01 ~ 0.08%, 질소(N) 0.0005 ~ 0.015% 를 함유하고, 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 성분의 슬라브를 열간 압연하고, 평균 냉각 속도 60℃/s 이상으로 400℃ 미만까지 냉각하여 권취한 후에 t/R ≥ 0.0055(t은 판 두께, R은 롤 직경)을 만족하는 소경롤을 이용하여 신장률 0.1 ~ 1.0%의 스킨 패스 압연을 행하는 방법에 관한 것이다.
그러나, 이 방법은 권취 온도를 400℃ 미만까지 낮추기 때문에 폭 방향 온도의 불균일에 의해 저온 석출물 생성 거동에 차이가 발생되는 바, 재질 편차를 유발시킴으로써 형상 불량, 권취 불량 및 후공정의 작업성을 저하시키는 문제점을 가지고 있다. 더욱이, 표면 가동 전위 유발을 위해 판의 두께에 따라 롤 직경을 일일이 제어해야 하므로, 상용 조업라인과 같이 다양한 사이즈의 소재를 생산하는 경우에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
일본공개특허 제1989-282420호 한국공개특허 제1996-23130호 한국공개특허 제2001-60648호 일본공개특허 제2008-190008호
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 중저탄소강에 있어서 강 성분 중 알루미늄(Al), 구리(Cu)를 첨가하고, 냉각 조건 및 숏 블라스팅 조건 등을 최적화함으로써 강판의 도장성을 확보함과 동시에, 플루팅과 같은 가공 결함을 억제할 수 있는 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법은, 중량 %로, 탄소(C) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 0.05 ~ 0.3%, 인(P) : 0.001 ~ 0.020%, 황(S) : 0.020% 이하(0% 제외), 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.09%, 질소(N) : 0.001 ~ 0.004%, 구리(Cu) : 0.05 ~ 0.5%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강으로 제조된 열연강판 표면에, 0.1 ~ 0.4mm 직경의 숏볼을 40 ~ 65 m/s의 속도로 분사하여 숏블라스팅하는 것을 특징으로 한다.
상기 강 성분은 10≤ [(Al(%)/27) / (N(%)/14)] ≤20, 7≤ [(Cu(%)/64) / (S(%)/32)] ≤30를 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 조성으로 이루어진 강은 860 ~ 950℃에서 마무리 압연되고, 상기 마무리 압연된 강은 30 ~ 100℃/s 의 냉각 속도로 냉각되며, 상기 냉각된 강은 550 ~ 700℃에서 권취되는 것을 특징으로 한다.
상기 숏블라스팅에 의해서 표면조도 지수비(Rmax/Ra)를 25~35으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판은, 중량 %로, 탄소(C) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 0.05 ~ 0.3%, 인(P) : 0.001 ~ 0.020%, 황(S) : 0.020% 이하(0% 제외), 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.09%, 질소(N) : 0.001 ~ 0.004%, 구리(Cu) : 0.05 ~ 0.5%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강으로 제조된 열연강판 표면에, 0.1 ~ 0.4mm 직경의 숏볼을 40 ~ 65 m/s의 속도로 분사하여 숏블라스팅하는 것을 특징으로 한다.
상기 강 성분은 10≤ [(Al(%)/27) / (N(%)/14)] ≤20, 7≤ [(Cu(%)/64) / (S(%)/32)] ≤30를 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 숏블라스팅 처리에 의해 생성된 변형 페라이트 조직이 상기 열연강판의 두께 방향으로 3 ~10%를 차지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 내꺽임성을 확보함과 동시에, 가공성, 내식성 및 도장성을 향상시켜 가전, 자동차 등에 사용되는 고부가가치 강판을 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 탈 스케일성도 우수하여 산세 작업의 효율성을 높일 수 있고 환경 오염 방지 및 공정을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연연강판의 조직 사진,
도 2는 본 발명에 따른 열연강판의 표면 조도 지수비에 따른 특성 평가 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 설명한다.
본 발명의 내꺽임성 및 표면 특성이 우수한 가공용 열연강판은 내꺽임성, 가공성뿐만 아니라 도장성과 같은 표면 특성을 동시에 만족시켜 가전 및 자동차용으로 사용될 수 있는 고부가가치 열연강판에 대하 연구 및 실험을 거듭하여 완성시킨 것으로, 본 발명의 강 성분은 아래와 같이 제한한다.
탄소(C)는 강판의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소로 그 함량은 0.01% ~ 0.10%로 제한한다.
탄소(C) 함량이 증가할수록 인장 및 항복강도는 증가하지만, 그 함량이 0.10%를 초과하여 과잉 첨가되면 소재의 가공성이 저하되어 내꺽임성도 저하되는 단점이 있다.
또한, 그 함량이 0.01% 미만이면 제강 작업시 탈탄을 위해 추가 조업 시간이 필요하며, 목표로 하는 강도 등 안정적인 재질 확보가 곤란한 단점이 있다.
망간(Mn)은 고용 강화 원소로서 강의 강도를 높이고 열간 가공성을 향상시키는 중요한 원소인 반면, MnS 형성에 의해 소재의 연성 및 가공성을 저해하는 원소이다.
망간 함량이 적으면 가공성은 개선되지만 강도 확보가 곤란하므로 목표 강도를 확보하기 위해서는 0.05% 이상 첨가하여야 한다. 이에 반해 망간이 과다 첨가되면 경제성 저하 및 중심 편석의 발생 요인이 될 뿐만 아니라 용접성을 악화시키는 문제가 있으므로 그 상한은 0.3%을 제한한다.
인(P)은 강의 강도 향상 및 내식성을 향상시키는 역할을 하는 원소로서 이들 특성을 확보하기 위해서는 다량 첨가되는 것이 바람직하지만, 주조시 중심 편석을 일으키는 원소이므로 다량 첨가될 경우 가공성을 저하시키는 요인이 되므로, 그 함량은 0.02% 이하로 제한된다. 반면, 인의 함량이 0.001% 미만이면 강도 및 내식성 확보가 곤란하므로 0.001%이상으로 관리한다.
황(S)은 강 중 망간(Mn)과 결합해 부식 개시점 역할을 하는 비금속 개재물을 형성할 뿐만 아니라 적열 취성의 요인으로 작용하므로 가능한 그 함량을 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서, 황의 함량은 0.02%이하(0%제외)로 제한하며, 바람직하게는 0.01%이하로 관리하는 것이 좋다.
알루미늄(Al)은 일반적으로 용강 탈산을 위해 첨가되는 원소이지만, 강 중 고용 원소와 결합하여 시효 특성을 개선하는 기능이 있으므로, 그 하한을 0.02%로 제한하며, 과잉 첨가되면 강 중 개재물량을 증가시켜 표면 결함으로 유발시킬 뿐만 아니라 가공성을 저하시키는 문제점이 있으므로, 그 상한은 0.09%로 하여 관리하는 것이 좋다.
질소(N)는 강 중 고용 상태로 존재하면서 재질 강화에 유용한 원소이지만, 시효 현상을 일으키는 주된 원소이므로 가공성 확보를 위해서는 일정량 이하로 관리하는 것이 필요한 바, 그 상한은 0.004%로 제한한다. 또한, 0.001% 미만에서는 충분한 강성을 얻을 수 없고, 석출물 형성을 위한 사이트가 감소하게 되므로, 하한은 0.001%로 제한한다.
구리(Cu)는 강의 내식성 향상에 효과적인 원소로써 강판 표면에 Cu2S계의 황화물을 형성하여 녹 발생을 억제한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상 첨가하여야 하며, 반면에 0.5%를 초과하는 경우에는 연주 단계에서 입계 취화에 의한 균열 발생의 원인이 되므로, 그 이하로 제한되어야 한다.
한편, 적절한 가공 특성을 확보하기 위해서는 석출물 및 고용상의 분율을 적절히 관리하는 것도 필요하다.
본 발명의 특성을 확보하기 위해서는 Al과 N의 원자비, [(Al(%)/27) / (N(%)/14)]의 값을 10~20로 유지할 필요가 있다. Al/N 원자비 값이 10 미만에서는 강 중 고용원소 과다로 상온에서의 내꺽임성이 열화되고, 고온에서 결정립 억제 효과가 미흡하며, Al/N 값이 20를 초과하면 연성이 저하되고 가공성이 감소하는 문제가 있으므로, Al/N의 원자비 값은 10~20로 한정한다.
또한, Cu/S의 원자비 [(Cu(%)/64) / (S(%)/32)] 값도 일정 범위 내로 제한하는 것이 바람직하다.
Cu/S의 원자비가 30을 초과하면 고용 Cu에 의한 표면 결함의 발생 빈도가 증가하고, 반면에 7.0 미만에서는 내식성 향상에 기여하는 Cu 황화물의 형성이 미진하여 내식성 개선 효과를 기대하기 어려우므로 그 범위를 7~30으로 한정한다
이하에서는, 상술한 바와 같이 성분 제어된 강을 이용하여 본 발명에 따른 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 중량%로, 탄소(C) 0.01~0.10%, 망간(Mn) 0.05~0.3%, 인(P) 0.001~0.02%, 황(S) 0.02% 이하(0% 제외), 알루미늄(Al) 0.02~0.09%, 질소(N) 0.001~0.004%, 구리(Cu) 0.05~0.5%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강으로 통상적인 열연 프로세스를 따라 열연강판을 제조하고, 그 열연강판의 표면에 직경 0.1~0.4mm의 숏볼을 분사속도 40~65m/sec로 숏블라스팅을 실시한다.
이러한 숏블라스팅 공정은 내꺽임성(내시효성) 확보를 위한 본 발명의 가장 특징적인 기술 구성 중 하나로서, 열연강판의 표면에 적절한 압축 응력을 도입하여 전위 밀도, 그 중에서도 가동전위 밀도가 크게 증가된 변형 페라이트립(Ferrite grain)을 새로이 생성시킴으로써, 시효 현상의 주요 원인이 되는 고용원소에 의한 전위 고착 현상을 감소시키는 바, 즉, 내시효성을 향상시켜 준다.
이러한 효과를 달성하기 위해서는 숏블라스팅에 사용되는 숏볼의 직경을 0.1~0.4mm로 제어하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 숏볼의 직경이 0.10mm 미만이면 표면층의 기계적 박리 효과가 작아 적절한 전위밀도 증가 효과를 얻기 곤란하고, 숏볼의 직경이 0.40mm를 초과하면 표면의 최대 거칠기가 급격히 상승하여 가공시에 균열 발생의 요인으로 작용하기 때문이다.
한편, 숏블라스팅의 분사속도는 40~65m/sec로 제어하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 분사속도가 40m/sec 미만이면 표면층에 작용하는 숏볼의 충격 압력이 낮아 원하는 내시효성의 확보가 곤란하고, 65m/sec를 초과하면 표면 경화층의 깊이가 소재의 두께 방향으로 10%가 넘어서 불균일한 가공을 유발하는 원인이 되기 때문이다.
본 발명에 따른 기계적 특성을 확보하기 위해서는 숏블라스팅 공정 후 열연강판의 표면조도 지수비(Rmax/Ra)가 25~35이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
여기서, Rmax는 열연강판의 표면 거칠기 곡선 중에서 최대점 높이를 의미하고, Ra는 중심선 평균표면조도를 의미한다.
표면조도 지수비가 증가하면 강판 표면층에서의 고착 전위가 강내 고용된 탄소 및 질소와의 코트렐(Cottrell) 분위기를 벗어남에 따라 가동 전위의 밀도가 증가하게 된다.
표면조도 지수비가 25 미만이면 적절한 조도 산과 골의 비율이 확보되지 않음에 따라 유기물의 흡착성이 저하될 뿐만 아니라 고용원소를 고착할 수 있는 가동 전위의 밀도 분포가 불충분하여 내시효성 확보가 어렵다. 반면에 표면조도 지수비가 35를 초과하면 가동 전위의 밀도는 포화 상태에 달하지만 가공시 선단부 균열이 발생하기 시작하므로, 그 관리 범위를 25~35로 하는 것이 바람직하다.
도 1의 (a)는 전위 밀도가 낮은 정상 상태의 페라이트립을 보여주고, 도 1의 (b)는 본 발명에 따른 숏 블라스팅 공정에 의해 전위가 집적되어 밀도가 높은 망상의 전위구조를 가지는 변형 페라이트립을 보여준다.
숏블라스팅에 의해 생성되는 변형 페라이트 조직은 적절한 내시효성 확보를 위하여 상기 열연강판의 두께 방향으로 3~10%를 차지하도록 제어하는 것이 바람직하다.
변형 페라이트 조직이 두께 방향으로 3% 미만이면 강 중의 고용원소를 충분히 고착시킬 수 있는 조직적인 특성이 나타나지 않는 바, 목표로 하는 내시효성을 확보할 수 없고, 변형 페라이트 조직이 두께 방향으로 10%를 초과하면 가공 및 후처리 공정에서 재질 경화 요인으로 작용하여 가공성을 열화시키는 요인으로 작용하게 되는 문제가 발생된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 통상의 열연 프로세스를 통해 제조된 강판의 표면에 일정 조건의 숏블라스팅 공정을 적용하면, 내시효성이나 가공 특성이 우수한 열연강판을 제조할 수 있다. 나아가, 열연 프로세스를 최적화하면 더욱 우수한 내시효성, 가공성 및 도장성을 가진 열연강판을 제조할 수 있는 바, 이하에서 최적화된 열연 프로세스에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 열연강판은 상기 조성 성분으로 이루어진 강을 860~950℃에서 마무리 압연하는 것이 바람직하다.
마무리 압연온도가 860℃ 미만에서는 저온 영역에서 열간압연이 마무리됨에 따라 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 압연성 및 가공성의 저하를 초래한다. 이에 반해, 마무리 압연온도가 950℃보다 높으면 두께 전반에 걸쳐 균일한 열간압연이 이루어지지 않아 결정립 미세화가 불충분하여 결정립 조대화에 기인한 충격 인성이 저하되는 문제가 발생된다.
또한, 열연강판은 마무리 압연한 강을 런-아웃-테이블(ROT, Run-out-table)에서 초당 30~100℃의 냉각속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
ROT에서의 냉각속도가 30℃/초 미만이면 동적 결정립 성장에 의해 상대적으로 조대한 결정립이 형성되어 강도 및 가공성을 저하시키는 원인이 된다. 이에 반해, 냉각속도가 100℃/초 이상이면 폭 방향 냉각 불균일에 의한 재질 편차 발생의 요인으로 작용하게 된다.
마지막으로, 열연강판은 ROT 단계에서 냉각한 후에 550~700℃의 온도에서 권취하는 것이 바람직하다.
권취온도가 550℃ 미만이면 냉각 및 유지하는 동안 폭 방향 온도 불균일에 의해 저온 석출물의 생성 거동이 차이를 나타내어 재질 편차를 유발함으로써 가공성에 좋지 않은 영향을 준다. 이에 반해, 권취온도가 700℃를 초과하면 최종 제품의 조직이 조대화됨에 따라 가공성 및 내식성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법에 대한 기술적 효과를 알아보기 위해 다음과 같이 실험을 실시하였다.
먼저, 아래 [표 1]과 같은 조성으로 된 각각의 강(발명강 3종, 비교강 3종)을 마련하고, 1250℃의 가열로에서 2시간 재가열한 후 [표 2]에 개시된 열연 조건에 따라 열간압연을 실시하였다. 그리고, 제조된 각 강종별 물성 및 기계적 특성을 측정하여 [표 3]에 나타내었다.
[표 3]에서 내식성은 5% NaCl로 240시간 동안 염수 분무 실험 후 부식 감량이 0.05g/cm2 미만이면 양호, 그 이상이면 불량으로 판정하였다. 도장성은 도장재의 평가 항목 중 도장 밀착성 및 표면특성 모두 우수한 경우를 양호, 2가지 특성 중에서 하나만 우수한 경우를 보통, 2가지 특성 모두 좋지 않은 경우를 불량으로 표시하였다. 가공성은 벤딩 가공 시험편에 대하여 균열(Crack) 길이를 측정하여 아래 [표 4]와 같이 5 단계로 구분하고, 1 단계를 양호, 2~3 단계를 보통, 4~5 단계를 불량으로 표시하였다.
내꺽임성은 강판 가공 후 표면 꺾임이 발생하는 정도에 따라 구분하였으며, 이를 표현하는 꺾임성 지수를 5 단계로 나누어 비교적 꺾임 현상이 미미한 1단계를 양호로, 일부 촉감이 느껴지는 2~3 단계를 보통으로, 그리고 육안 관찰이 가능한 정도로 꺾임 현상이 발생한 4~5 단계를 불량으로 판정하였다.
강종 화학성분 (중량 %) 원소간 성분비
C Mn P S Al N Cu Al/N Cu/S
발명강1 0.031 0.16 0.006 0.005 0.062 0.0018 0.24 17.86 24.0
발명강2 0.044 0.26 0.011 0.009 0.057 0.0026 0.36 11.37 20.0
발명강3 0.061 0.21 0.013 0.007 0.081 0.0030 0.15 14.0 10.7
비교강1 0.002 0.24 0.006 0.012 0.026 0.0074 - 1.82 0.0
비교강2 0.046 0.15 0.010 0.009 0.131 0.0021 0.01 32.35 0.6
비교강3 0.134 0.85 0.009 0.008 0.048 0.0033 0.81 7.54 50.6
원소간 성분비: [(Al(%)/27) / (N(%)/14)], [(Cu(%)/64) / (S(%)/32)]

구분
사용강종		 재가열
온도
(℃)		 마무리
온도
(℃)		 냉각
속도
(℃/s)		 권취
온도
(℃)		 숏 볼
직경
(mm)		 블라스팅
속도
(m/sec)
발명예1
발명강1		 1250 890 40 600 0.25 50
발명예2 1250 890 70 650 0.32 60
발명예3 1250 890 90 600 0.32 50
발명예4 발명강2 1250 910 70 600 0.19 50
발명예5 1250 910 70 650 0.27 60
발명예6 발명강3 1250 890 70 600 0.31 50
발명예7 발명강1 1250 750 70 600 0.25 50
발명예8 1250 890 15 600 0.32 50
발명예9 발명강2 1250 890 70 400 0.31 50
비교예1 발명강1 1250 910 60 650 0.91 90
비교예2 비교강1 1250 910 60 650 0.16 50
비교예3 비교강2 1250 910 60 650 0.25 60
비교예4 비교강3 1250 890 60 650 0.25 60
상기한 기준에 따라 위 [표 3]에 개시된 실험 결과를 정리하면 다음과 같다.
구분 표면조도
지수비		 항복점연신현상유무 연신율
(%)		 내식성 도장성 가공성 내꺽임성
발명예1 27.1 미발생 35.1 양호 양호 양호 양호
발명예2 31.3 미발생 37.8 양호 양호 양호 양호
발명예3 29.6 미발생 36.4 양호 양호 양호 양호
발명예4 28.9 미발생 38.8 양호 양호 양호 양호
발명예5 32.1 미발생 36.4 양호 양호 양호 양호
발명예6 30.9 미발생 39.1 양호 양호 양호 양호
발명예7 28.6 미발생 32.4 양호 양호 보통 양호
발명예8 30.4 미발생 31.9 양호 양호 보통 양호
발명예9 28.2 발생 30.7 양호 양호 보통 양호
비교예1 39.6 미발생 19.4 양호 불량 불량 보통
비교예2 36.4 발생 39.9 불량 보통 불량 불량
비교예3 39.6 발생 25.9 불량 보통 불량 불량
비교예4 20.7 발생 17.8 양호 양호 불량 불량
단계 구체적 판단 기준
1단계 벤딩 가공 부위의 균열이 발생하지 않은 상태
2단계 벤딩 가공 부위의 균열은 발생하지 않았으나, 가공부위의 표면이 거칠어진 상태
3단계 점상의 미세균열 개수가 1 ~ 3개 정도 발생된 상태
4단계 점상의 미세균열 개수가 4개 이상이거나 전체 균열 길이의 합이 10mm이내인 상태
5단계 균열이 발생하며, 전체 균열 합산의 길이가 10mm 이상인 상태
발명예 1 내지 6은 본 발명에 따른 강 성분 제어, 열연 프로세스 및 숏블라스팅 공정 조건을 모두 만족하는 경우이다.
모든 발명예에서 항복점 연신 현상이 발생하지 않았으며, 표면조도 지수비(Rmax/Ra)도 25~35 내외로 관리 범위를 만족하고 가공 시에 꺾임 현상이 발생하지 않아 우수한 내시효성을 확보할 수 있었다. 더욱이, 밴딩 가공시에도 가공 균열이 발생하지 않아 높은 가공성 및 도장성을 나타내므로 우수한 열연강판 및 도금용 원판의 제조가 가능하였다.
발명예 7 내지 9는 본 발명에 따른 강 성분 제어(발명강 1, 발명강 2) 및 숏블라스팅 공정 조건은 만족하였으나, 열연 프로세스를 만족하지 못한 경우이다.
보다 상세히 설명하면, 발명예 7은 마무리 압연온도를 관리 범위보다 낮은 750℃로 실시하고, 발명예 8은 ROT 공정에서의 냉각속도를 관리 범위보다 낮은 15℃/s로 실시하고, 발명예 9는 권취온도를 관리 범위보다 낮은 400℃로 실시한 경우이다.
이들 발명예 7 내지 9는 일부 항복점 연신 현상은 발생하였으나 여전히 양호한 내시효성을 나타내었으며, 비록 결정립 혼립화, 고용원소 석출, 재질 편차 등으로 인해 가공성이 조금 저하되기는 하였으나 고품질 요건을 만족하며, 여전히 양호한 도장성을 가지므로 가전, 자동차 등의 고부가가치 강판으로 사용 가능하였다.
비교예 1은 본 발명에 따른 강 성분 제어(발명강 1) 및 열연 프로세스 조건을 만족하였으나, 숏블라스팅 조건을 만족하지 못한 경우이다.
보다 상세하게는, 숏블라스팅 조건에서 숏볼을 관리 범위보다 큰 0.91mm 인 것을 사용하고 숏블라스팅 속도도 관리 범위보다 큰 90m/sec로 실시한 경우이다.
이 경우 항복점 연신 현상이 발생하지 않아 내시효성 면에서는 양호하나, 표면 거칠기 증가, 내부 경화층 증가 등으로 인해 도장성 및 가공성도 모두 저하되어 고품질이 요구되는 열연강판으로 사용하기에는 부적합하였다.
비교예 2 내지 4는 본 발명에 따른 열연 프로세스 조건 및 숏블라스팅 조건을 만족하였으나, 강 성분 조건을 만족하지 못하는 강종(비교강 1 내지 3)을 사용한 경우이다. 대부분의 경우에 항복점 연신 현상의 억제가 어려워 내시효성이 저하되었고, 가공 시에 꺾임 현상의 발생으로 인해 본 발명에 따른 가공 및 도장 특성을 만족할 수 없었다.
더욱이, Cu 등이 특허청구범위를 벗어나는 비교예 2 및 3의 경우 표면 특성을 확보할 수 없음에 따라 목표로 하는 내식성도 얻을 수 없었으며, Cu의 함량이 너무 높은 비교예 4에는 압연 작업시 선단부 균열이 발생하는 등 압연 작업성이 현저히 저하되는 문제점도 나타났다. 또한, Al 등이 특허 범위를 벗어나는 경우에도 본 발명에 따른 제조 프로세스 및 숏블라스팅 조건을 적용하더라도 원소간 원자비를 만족하지 못함에 따라 근본적으로 목표로 하는 내꺽임성 등의 가공성을 확보할 수 없었다.
마지막으로, 도 2는 발명강 1을 사용하여 표면조도 지수비에 따른 내시효성(플루팅 지수로 표현) 및 가공성(가공 시 균열 발생 민감도로 표현)의 변화를 측정한 그래프이다. 목표로 하는 내시효성 및 가공성을 만족하기 위해서는 플루팅 지수를 2 이하, 균열 발생 민감도를 0.5 이하로 관리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면조도 지수비의 관리 범위를 25~35로 조절하면 플루팅 지수 및 균열 발생 민감도가 우수한 거동을 보인다. 이에 반해, 위 관리 범위보다 낮은 영역에서는 플루팅 지수 및 가공성 지수 모두가 기준치를 초과하여 꺾임 현상 및 가공 균열이 발생하는 문제점이 있고, 위 관리 범위보다 높은 영역에서는 내시효성은 포화 수치를 나타내는 반하여 여전히 가공 균열이 발생하는 문제점을 확인할 수 있었다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (7)

  1. 중량 %로, 탄소(C) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 0.05 ~ 0.3%, 인(P) : 0.001 ~ 0.020%, 황(S) : 0.020% 이하(0% 제외), 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.09%, 질소(N) : 0.001 ~ 0.004%, 구리(Cu) : 0.05 ~ 0.5%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하고,
    10≤ [(Al(%)/27) / (N(%)/14)] ≤20, 7≤ [(Cu(%)/64) / (S(%)/32)] ≤30을 만족하는 강으로 제조된 열연강판 표면에, 0.1 ~ 0.4mm 직경의 숏볼을 40 ~ 65 m/s의 속도로 분사하여 숏블라스팅하여 가동전위 밀도가 증가된 변형 페라이트립(Ferrite grain)을 형성시키는 것을 특징으로 하는, 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변형 페라이트립(Ferrite grain)은 상기 열연강판의 두께방향으로 3~10%를 차지하는 것을 특징으로 하는, 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법
  3. 청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성으로 이루어진 강은 860 ~ 950℃에서 마무리 압연되고,
    상기 마무리 압연된 강은 30 ~ 100℃/s 의 냉각 속도로 냉각되며,
    상기 냉각된 강은 550 ~ 700℃에서 권취되는 것을 특징으로 하는, 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 숏블라스팅에 의해서 표면조도 지수비(Rmax/Ra)를 25~35으로 형성하는 것을 특징으로 하는, 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법.
  5. 중량 %로, 탄소(C) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 0.05 ~ 0.3%, 인(P) : 0.001 ~ 0.020%, 황(S) : 0.020% 이하(0% 제외), 알루미늄(Al) : 0.02 ~ 0.09%, 질소(N) : 0.001 ~ 0.004%, 구리(Cu) : 0.05 ~ 0.5%, 나머지는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하고,
    10≤ [(Al(%)/27) / (N(%)/14)] ≤20, 7≤ [(Cu(%)/64) / (S(%)/32)] ≤30를 만족하는 강으로 제조된 열연강판 표면에, 0.1 ~ 0.4mm 직경의 숏볼을 40 ~ 65 m/s의 속도로 분사하여 숏블라스팅 처리에 의해 가동전위 밀도가 증가된 변형 페라이트립(Ferrite grain)이 형성된 것을 특징으로 하는, 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 변형 페라이트립(Ferrite grain)은 상기 열연강판의 두께 방향으로 3~10%를 차지하는 것을 특징으로 하는, 내꺽임성 및 내식성이 우수한 열연강판 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 열연강판의 표면조도 지수비(Rmax/Ra)가 25~35인 것을 특징으로 하는, 내꺽임성 및 표면 특성이 우수한 가공용 열연강판.
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