KR101344651B1

KR101344651B1 - 강판 제조방법

Info

Publication number: KR101344651B1
Application number: KR1020110111621A
Authority: KR
Inventors: 구남훈
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-12-26
Also published as: KR20130046940A

Abstract

본 발명에 따른 강판 제조방법은, 탄소 [C] : 0.20~0.23 중량%, 망간 [Mn] : 1.65~1.75 중량%, 규소 [Si] : 0.07~0.15 중량%, 인 [P] : 0.020~0.065 중량%, 황 [S] : 0.010 중량% 이하, 바나듐[V] : 0.18~0.25 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 강판을 온도 : 850 ~ 950℃에서 마무리 열간압연 단계와, 상기 열간압연된 강판을 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계와, 상기 권취된 강판을 권출한 후, 냉간압연하는 단계 및, 상기 냉간압연된 강판을 상자 소둔 방식으로 열처리하는 소둔처리 단계를 포함한다.

Description

강판 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF STEEL-SHEET}

본 발명은 강판 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉간압연 후에 상자 소둔을 통해 강판을 열처리함으로써, 강판의 통판성 및 형상의 건전성을 확보할 수 있는 강판 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 고강도 냉연강판의 제조공정은 슬라브 재가열(slab reheating) 과정, 열간 압연(hot-rolling) 과정, 냉각/권취(cooling/coiling) 과정, 산세(acid pickling) 과정, 냉간 압연(cold-rolling) 과정, 소둔 열처리(annealing) 과정 등을 포함할 수 있다.

이때, 페라이트와 펄라이트(perlite)를 갖는 열간 압연된 판재를 냉간 압연하여 제품의 최종 두께로 가공한 후 소둔 열처리하고 나서 냉각한다.

이러한 소둔 열처리 과정에서 형성된 오스테나이트(austenite)를 냉각 과정에서 속도를 제어하여 마르텐사이트(Martensite)나 베이나이트(bainite)로 변태시키게 되는데, 이때 마르텐사이트(Martensite)로 변태시킨 강을 이상 조직강이라고 한다.

상기 이상 조직강은, 마르텐사이트의 분율이 증가할수록 강도가 증가하고 페라이트 비율이 증가할수록 연성이 증가한다.

이에 따라, 이상 조직강은 마르텐사이트와 페라이트의 분율을 최적화하여 인장강도와 항복강도를 확보하고 있다.

즉, 종래의 이상 조직강은 합금원소 첨가량의 증가에 따라 오스테나이트를 안정화하고, 최종적인 마르텐사이트(Martensite)의 분율을 증가시켜 강도를 확보하고 있다.

종래에는, DP 강을 제조하는 경우, 열연 및 냉연 후 연속 소둔로 에서 급냉 등의 방법을 통하여 제조하는 것이 보통이다.

그러나, 종래의 연속 소둔 방식은 급냉 과정에서 판의 형상 변형 등이 발생하기 쉽고, 이에 따라 강판의 고강도 화를 위해 연속 소둔로의 판재의 통판성 등이 문제가 되기도 한다.

본 발명과 관련된 문헌으로는 대한민국 공개특허 10-2011-0027496(2011년 03월 16일)가 있으며, 상기 문헌에는 고강도 고성형성 냉연강판 및 용융아연도금강판의 제조방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 냉간압연 후에 상자 소둔을 통해 강판을 열처리함으로써, 강판의 통판성 및 형상의 건전성을 확보할 수 있는 강판 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 탄소 [C] : 0.20~0.23 중량%, 망간 [Mn] : 0.65~1.75 중량%, 규소 [Si] : 0.07~0.15 중량%, 인 [P] : 0.020~0.065 중량%, 황 [S] : 0중량% 이상~0.010 중량% 이하, 바나듐[V] : 0.18~0.25 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 강판을 온도 : 850 ~ 950℃에서 마무리 열간압연 단계와, 상기 열간압연된 강판을 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계와, 상기 권취된 강판을 권출한 후, 냉간압연하는 단계 및, 상기 냉간압연된 강판을 상자 소둔 방식으로 열처리하는 소둔처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 열간압연 단계 이전에는 상기 슬라브 강판을 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 슬라브 재가열 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉간압연 단계의 이전에는 산세 단계가 더 포함되며, 상기 산세 단계는 상기 냉간압연된 강판을 스케일을 언코일링하여 산세(acid pickling) 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소둔처리 단계는 상기 냉간압연된 강판을 급속가열하는 단계와, 상기 급속 가열된 강판를 1차 냉각하는 단계와, 상기 1차 냉각된 상기 강판를 일정시간 동안 유지시키는 단계 및, 상기 일정 동안 유지된 상기 강판를 상온으로 2차 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 급속가열하는 단계는 930~980℃로 급속 가열하고, 상기 1차 냉각하는 단계는 810~870℃로 1차 냉각 시키며, 상기 일정시간 유지시키는 단계는700~800℃로 유지되도록 할 수 있다.

또한, 상기 강판을 2차 냉각하는 단계는 냉각 가스 급냉 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 980MPa 급 이상의 고강도 이상 조직강을 제조할 때 연속 상자 소둔 방식을 사용하여 강판을 열처리함으로써, 강판의 변형을 방지하여 통판성을 확보할 수 있고, 이를 통해 품질이 우수한 고강도 강판을 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 강판 제조방법을 보여주기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 강판 제조방법에서 [표 1]에 따라 제조된 시편 1의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 강판 제조방법에서 [표 1]에 따라 제조된 시편 2의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 강판 제조방법에서 [표 1]에 따라 제조된 시편 3의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.

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 강판 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 강판 제조방법을 보여주기 위한 순서도이다.

그리고, 도 2는 본 발명에 따른 강판 제조방법에서 [표 1]에 따라 제조된 시편 1의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 강판 제조방법에서 [표 1]에 따라 제조된 시편 2의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.

아울러, 도 4는 본 발명에 따른 강판 제조방법에서 [표 1]에 따라 제조된 시편 3의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.

냉연강판

본 발명에 따른 냉연강판은, 냉연 가열 조건의 제어를 통하여, 표면 특성의 저하 문제없이 제조원가가 저렴하면서도 인장강도(TS) : 980MPa급 이상을 갖는 고강도 이상 조직강을 제공하는 것을 목표로 한다.

이를 위해, 본 발명의 상기 슬라브 강판은 탄소 [C] : 0.20~0.23 중량%, 망간 [Mn] : 0.65~1.75 중량%, 규소 [Si] : 0.07~0.15 중량%, 인 [P] : 0.020~0.065 중량%, 황 [S] : 0.010 중량% 이하, 바나듐[V] : 0.18~0.25 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 냉연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 탄소는 강중에서 탄화물 형태로 존재하며, 급냉 공정에서 특이한 형상의 마르텐사이트(Martensite) 구조의 탄화물 경화 조직을 형성한다. 즉, 980MPa 급의 강도 확보를 위해서는 0.20wt% 이상의 탄소 함량이 확보되어야 한다.

따라서, 본 발명에서는 탄소(C)의 함량을 강판 전체 중량의 0.20~0.23 중량%으로 첨가하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 강중에 고용 상태로 존재하면서, 강의 상변화 거동을 제어하며, 급냉 시에 충분한 향의 마르텐사이트(Martensite)가 생성되는 것을 촉진한다.

따라서, 본 발명에는 망간(Mn)의 함량을 강판 전체 중량의 1.65~1.75로 첨가하는 것이 바람직하다.

규소 [Si]

망간은 강중에 고용 상태로 존재하면서, 강의 상변화 거동을 제어하며, 급냉 시에 충분한 양의 마르텐사이트(Martensite)가 생성되는 것을 촉진한다.

따라서, 본원발명에서는 규소의 함량을 강판 전체 중량의 0.07~0.15 중량%으로 첨가하는 것이 바람직하다.

인 [P]

인은 강중의 강도를 향상시킬 수 있는 고용 원소로서, 그 함량이 증대됨에 따라 강의 강도는 증가한다.

즉, 인의 함량이 많아지는 경우, 강도 증가로 연질 강판의 특성에 악영향을 미치게 되며, 강중의 편석이 증대하여 중심 편석 및 미세 편석을 발생시켜 재질에 좋지 않은 영향을 준다.

그리고, 성형 후의 일정 시간이 지난 후에 파괴가 지연되는 지연 파괴의 원인이 되기도 하므로, 그 함량은 최대 0.065 중량 이하% 까지만 허용된다.

따라서, 본원발명에서는 인의 함량을 전체 중량의 0.020~0.065 중량%으로 첨가하는 것이 바람직하다.

황 [S]

황(S)은 망간과 결합하여 MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하여 강의 기계적

성질을 크게 저하시키므로, 그 함량을 최대한 낮추는 것이 좋으나, 황을 극소 함량

으로 관리하기 위해서는 복잡한 공정 및 과다한 비용이 소요된다.

따라서, 본 발명에서는 황의 함량을 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.010 중량% 이하로 제한하였다.

바나듐[V]

바나듐(V)은 석출물 형성에 의한 석출강화 효과를 통하여 강재의 강도를 향상시키는 역할을 한다.

바나듐(V)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.18 중량% 미만일 경우에는 바나듐 첨가에 따른 석출강화 효과가 불충분하다.

반대로, 바나듐(V)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.25 중량%를 초과할 경우에는 저온 충격 인성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 바나듐의 함량을 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.18~0.25 중량%으로 제한하였다.

냉연강판 제조 방법

도 1을 참조하면, 도시된 냉연강판 제조 방법은 열간압연 단계(S100), 냉각/권취 단계(S200), 냉간압연 단계(S300) 및 소둔 열처리 단계(S400)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 냉연강판 제조 방법은 열간압연 단계(S100) 이전에 슬라브 강판 재가열 단계(S110)를 더 포함할 수 있다.

이때, 슬라브 강판 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 필요하다.

또한, 소둔 열처리 단계(S400)의 이전에는 냉간압연된 강판을 스케일을 언코일링하여 산세(acid pickling) 하는 산세 단계(S410)가 더 포함될 수 있다.

슬라브 강판 재가열

슬라브 강판 재가열 단계(S110)에서는 슬라브 강판을 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열한다.

여기서, 상기 슬라브 강판은 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다.

이때, 슬라브 강판 재가열 단계(S110)에서는 연속주조공정을 통해 확보한 슬라브 강판을 재가열함에 따라 주조 시 편석된 성분을 재고용한다.

만일, 슬라브 강판 재가열 온도(SRT)가 1150℃ 미만일 경우에는, 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제점이 있다.

반대로, 슬라브 강판 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있다. 그리고 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.

열간 압연

열간압연 단계(S100)에서는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 950℃로 마무리 압연한다.

만일, 마무리 압연 온도(FDT)가 850℃ 미만으로 실시될 경우에는 이상 역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 문제가 있다.

반대로, 마무리 압연 온도(FDT)가 950℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다.

냉각/권취 단계

냉각/권취 단계(S200)에서는 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취한다.

이때, 냉각/권취 단계(S200)에서는 표면농화 및 탄화물의 조대화를 방지하기 위하여 마무리 열간 압연된 판재를 전단 급냉 방식으로 냉각한다.

만일, 권취 온도가 550℃ 미만으로 실시될 경우에는 강도 확보에는 유리하나, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.

반대로, 권취 온도가 700℃를 초과하여 실시될 경우에는 충분한 강도 확보에 어려움이 따른다.

산세 단계

산세 단계(S310)에서는 권취된 판재, 즉 상기의 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위하여, 상기 권취된 판재를 언코일링하여 산세(acid pickling)한다.

도면으로 도시하지는 않았지만, 산세 단계(S410) 이후, 강판 표면의 산화를 방지하기 위해 오일을 도포하는 단계를 더 수행할 수도 있다.

냉간 압연

냉간압연 단계(S300)에서는 산세 처리된 판재를 냉간 압연한다. 이때, 냉간압연은 냉간압하율 : 50 ~ 70%로 실시하는 것이 바람직하다.

만일, 냉간압하율이 50% 미만으로 실시될 경우에는 열연 조직의 변형효과가 작다.

반대로, 냉간압하율이 70%를 초과하는 경우에는 냉간 압연에 소요되는 비용이 상승할 뿐만 아니라, 드로잉성을 저해하고 강판의 가장자리에 균열이 발생하여 강판이 파단되는 문제를 야기할 수 있다.

소둔 열처리

소둔 열처리 단계(S400)에서는 냉간압연된 판재를 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열한 후, 페라이트와 오스테나이트 이상역에서 소둔한다. 여기서, Ac1 변태점은 강종에 따라 차이가 있으나, 대략 660℃ ㅁ 10℃를 제시할 수 있다.

또한, 상기 소둔처리 단계는 상기 냉간압연된 강판을 급속가열하는 단계와, 상기 급속 가열된 강판을 1차 냉각하는 단계(S401)와, 상기 1차 냉각된 상기 강판을 일정시간 동안 유지시키는 단계(S402) 및, 상기 700~800℃로 유지된 상기 강판을 상온으로 2차 냉각하는 단계(S403)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 급속가열하는 단계(S401)는 930~980℃로 급속 가열하고, 상기 1차 냉각하는 단계(S402)는, 810~870℃로 1차 냉각시키며, 상기 일정시간 유지시키는 단계(S403)는 700~800℃로 유지되도록 할 수 있다.

또한, 상기 강판을 2차 냉각하는 단계(S403)는 냉각 가스 급냉 방식을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 냉각 가스는 질소(N) 등의 가스를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 상자 소둔 방식으로 제조된 시편 1 및 시편 2와 일반적인 연속 소둔으로 제조된 시편 3의 기계적 성질을 비교하였다.

(단위 : 중량%)

	열처리 온도	마르텐사이트 분율	항복강도	인장강도	연신율 %	소둔방식
시편1	730	48.60	480	1024	19.50	BAF
시편2	762	45.50	457	987	16.70	BAF
시편3	연속 소둔 810도	43.21	810	1090	12.30	CAL

[표 1]에서는, 시편의 냉연 후 열처리 공정에 따른 기계적 성질의 변화를 보여 주고 있다.

즉, 본 발명에서 상자 소둔 방식으로 제조된 시편 1 및 시편 2의 기계적 성질이 연속 소둔 방식으로 제조된 시편 3에 비해 우수함을 알 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 980MPa 급 이상의 고강도 이상 조직강을 제조할 때 연속 상자 소둔 방식을 사용하여 강판을 열처리함으로써, 강판의 변형을 방지하여 통판성을 확보할 수 있고, 이를 통해 품질이 우수한 고강도 강판을 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

지금까지 본 발명의 강판 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

탄소 [C] : 0.20~0.23 중량%, 망간 [Mn] : 1.65~1.75 중량%, 규소 [Si] : 0.07~0.15 중량%, 인 [P] : 0.020~0.065 중량%, 황 [S] : 0중량% 이상~0.010 중량% 이하, 바나듐[V] : 0.18~0.25 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 강판을 온도 : 850 ~ 950℃에서 마무리 열간압연 단계;
상기 열간압연된 강판을 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취하는 냉각 및 권취 단계;
상기 권취된 강판을 권출한 후, 냉간압연하는 단계; 및
상기 냉간압연된 강판을 상자 소둔 방식으로 열처리하는 소둔처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 열간압연 단계 이전에는,
상기 슬라브 강판을 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 슬라브 재가열 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 냉간압연 단계의 이전에는,
산세 단계가 더 포함되며,
상기 산세 단계는,
상기 냉간압연된 강판을 스케일을 언코일링하여 산세(acid pickling) 하는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 소둔처리 단계는,
상기 냉간압연된 강판을 급속가열하는 단계와,
상기 급속 가열된 강판를 1차 냉각하는 단계와,
상기 1차 냉각된 상기 강판를 일정시간 동안 유지시키는 단계 및,
상기 일정시간으로 유지된 상기 강판를 상온으로 2차 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 급속가열하는 단계는,
930~980℃로 급속 가열하고,
상기 1차 냉각하는 단계는,
810~870℃로 1차 냉각 시키며,
상기 일정시간 유지시키는 단계는,
700~800℃로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 강판을 2차 냉각하는 단계는,
냉각 가스 급냉 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.