KR101357543B1 - 고성형 열연강판의 제조 방법 - Google Patents

고성형 열연강판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간압연한 슬라브를 제1속도로 1차 냉각하는 단계; 상기 1차 냉각 후에 상기 슬라브를 제1차 온도 범위에서 1차 유지하고 제2속도로 2차 냉각하는 단계; 상기 2차 냉각 후에 상기 슬라브를 제2차 온도 범위에서 2차 유지하고 제3속도로 가열하는 단계; 및 상기 가열 후에 상기 슬라브를 제3차 온도 범위에서 3차 유지하고 권취하는 단계를 포함하는 고성형 열연강판 제조 방법에 관한 것이다.

Description

고성형 열연강판의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING HOT ROLLED STEEL SHEET HAVING HIGH FORMABILITY}
본 발명은 고성형 열연강판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연신율과 r 값이 높은 열연강판을 구현할 수 있는 고성형 열연강판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강판 대부분은 프레스 가공에 의해 성형되기 때문에 높은 강도와 함께 성형성이 요구된다.
성형성을 높이기 위해서는 부품에 따라 다소 차이가 있지만 심가공성(deep drawing)성의 개선이 필요하며, 특히 심가공성은 소재의 불량 여부를 판단하는 기준이 되므로 그 개선이 중요하다.
심가공성을 개선하기 위해서는 높은 r 값과 함께 연신율이 높아야 한다.
관련 선행기술로는 한국등록특허공보 10-0325707호(공개일:1999.07.15, 발명의 명칭:연성 및 드로잉성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조방법)가 있다.
본 발명의 목적은 연신율과 r 값이 높아 성형성이 높을 수 있는 고성형 열연강판 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고성형 열연강판 제조 방법은 슬라브를 열간압연 후에 제1속도로 1차 냉각하는 단계; 상기 1차 냉각 후에 상기 슬라브를 제1차 온도 범위에서 1차 유지하고 제2속도로 2차 냉각하는 단계; 상기 2차 냉각 후에 상기 슬라브를 제2차 온도 범위에서 2차 유지하고 제3속도로 가열하는 단계; 및 상기 가열 후에 상기 슬라브를 제3차 온도 범위에서 3차 유지하고 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고성형 열연강판 제조 방법은 상기 1차 유지는 650-700℃ 온도 범위에서 5-10초 동안 수행되고, 상기 2차 유지는 300-400℃ 온도 범위에서 5-10초 동안 수행되고, 상기 3차 유지는 830-870℃ 온도 범위에서 10-20초 동안 수행된다.
본 발명에 따른 고성형 열연강판 제조 방법은 상기 제1속도는 20-50℃/s이고, 상기 제2속도는 20-50℃/s이다.
본 발명에 따른 고성형 열연강판 제조 방법은 상기 슬라브가 750-800℃에서 열간 압연된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 연신율과 r 값이 높아 성형성이 높은 고성형 열연강판의 제조 방법을 제공하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고성형의 열연강판을 제조하기 위한 공정 중 열간압연 이후의 냉각, 유지, 가열 및 권취 공정을 온도 및 시간과 관련하여 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명의 고성형 열연강판의 제조 방법에 대하여 첨부된 실시예 및 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우수한 성형성과 가공성을 요구하는 열연강판의 경우 우수한 심가공성(deep drawing)이 요구된다. 심가공성을 확보하기 위해서는 우수한 소성 변형비(Plastic Strain Ratio, 이하 'r 값' 이라고 함)가 확보되어야 한다.
r 값에 해당되는 지수인 평균소성변형비(rm)와 평면이방성계수(r) 값을 확보해야 한다.
rm = (ro + 2r45 + r90)/4
r = (ro - 2r45 + r90)/2
(상기에서, ro는 압연 방향, r45는 압연의 대각선 방향, r90은 압연의 수직방향값이다).
기본적으로 고성형의 열연강판을 위해서는, 기본적으로 열연강판은 높은 연신율과 높은 r 값을 가져야 한다.
본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 열연강판은 연신율이 50% 이상이고, r 값이 2.10 이상이 될 수 있다. 상기 범위에서, 고성형이 요구되는 열연강판 예를 들면 자동차용 소재나 일반 구조용 소재에 높은 심가공성을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 연신율은 50-55%, r 값은 2.20-2.50이 될 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 열연강판은 결정립 크기가 15㎛-20㎛가 될 수 있다.
본 발명의 열연강판은 티타늄, 니오븀 및 몰리브덴 중 적어도 한 성분과, 실리콘, 망간, 인, 황, 알루미늄, 탄소 및 질소 중 적어도 한 성분을 포함하는 슬라브로부터 제조될 수 있다.
본 발명의 열연강판 제조시 사용되는 슬라브에 함유되는 성분 및 그의 함량(슬라브 전체 중량을 기준으로 함)은 하기와 같다. 슬라브 중 하기 서술되는 성분을 제외한 잔량은 철(Fe)이다.
탄소(C):0.005-0.01중량%
탄소는 강판 내에 고용 원소로 존재하여 냉연 및 소둔 시 강판의 집합 조직의 형성과정에서 가공성에 유리한 (111) 집합 조직의 형성을 저해하여 가공성 및 성형성을 저하시킬 수 있고 강중에 존재하는 경우 시효 문제를 일으켜 스트레쳐 스트레인(strecher strain)을 야기시킬 수 있다.
탄소 함량이 0.01중량% 초과인 경우 탄화물 형성 원소인 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 등의 함량을 높여주어야 한다는 문제점이 있다. 탄소 함량이 0.005중량% 미만인 경우, 제강 기술의 한계가 있고 입계 취화 현상이 발생할 수 있다.
망간( Mn ):1.0중량% 이하
망간은 강도를 확보함과 동시에 황(S)과 함께 황화망간(MnS)을 형성하여 황(S)에 의한 크랙 발생을 방지할 수 있다. 망간 함량이 1.0중량% 초과인 경우, 망간의 입계 편석에 의해 가공성과 성형성이 저하될 수 있고 도금 특성에 악 영향을 줄 수 있다. 바람직하게는 0.5-1.0중량%로 포함될 수 있다.
실리콘( Si ):0.03중량% 이하
실리콘은 고용 강화 효과에 의해 강도를 상승시킬 수 있다. 실리콘이 0.03중량% 초과인 경우, 후 공정의 도금 특성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 0.02-0.03중량%로 포함될 수 있다.
인(P):0.02중량% 이하
인은 고용 강화 효과, 강도 상승 효과를 나타낼 수 있다. 0.02중량% 초과로 포함되는 경우, 입계에 인이 편석되어 2차 가공 취성을 유발할 수 있다. 바람직하게는 0.009-0.02중량%로 포함될 수 있다.
황(S):0.01중량% 이하
황이 0.01중량% 초과로 포함될 경우, 황화망간(MnS) 등을 포함하는 유화물계 개재물을 형성하고, 황화철(FeS) 등을 형성하여 에지 크랙을 발생시킬 수 있다. 바람직하게는 0.008-0.01중량%로 포함될 수 있다.
알루미늄( Al ):0.01-0.06중량%
알루미늄은 탈산제로서 강중 용존 산소량을 낮출 수 있다. 0.06중량% 초과로 포함될 경우 연주시 문제가 발생할 수 있고, 0.01중량% 미만으로 포함될 경우 탈산제로의 효과가 미약할 수 있다.
티타늄( Ti ):0.02-0.07중량%
티타늄은 강중의 고용 원소로 존재하는 탄소와 질소를 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 탄화물(TiC) 등의 석출물 형태로 석출시켜 강중의 고용 원소를 제거하여 r 값을 높일 수 있다. 0.07중량% 초과로 포함될 경우, 연주 시 노즐 막힘 및 냉연 도금시 표면 결합이 발생될 수 있다. 0.02중량% 미만으로 포함될 경우, 고용 원소를 화학 양론적으로 석출시킬 수 없다.
니오븀( Nb ):0.01-0.02중량%
니오븀은 고용 원소로 존재하는 탄소(C)와 질소(N)를 탄화니오븀(NbC), 질화니오븀(NbN)의 석출물 형태로 석출시켜 강 중의 고용 원소를 제거하여 r 값을 상승시키고 강중의 탄소(C)를 제거하여 비시효특성을 나타낸다. 0.02중량% 초과 포함시, 고용 원소를 화학양론적으로 석출시킬 수 있는 이상의 함량이 첨가되어 r 값이 떨어질 수 있다. 0.01중량% 미만 포함시, 강 중의 고용 원소를 화학 양론적으로 석출시킬 수 없다.
질소(N):0.005-0.01중량%
질소 0.01중량% 초과 포함시 가공성이 저하될 수 있고, 0.005중량% 미만 포함시 제강 수준 및 원가가 높을 수 있다.
상술된 성분을 포함하는 슬라브는 도 1에서 도시된 바와 같은 제조 방법에 의해 제조됨으로써 높은 연신율과 r 값을 확보할 수 있다.
본 발명의 열연강판은 슬라브를 열간압연 후에 제1속도로 1차 냉각하는 단계(1차 냉각 공정); 상기 1차 냉각 후에 상기 슬라브를 제1차 온도 범위에서 1차 유지하고 제2속도로 2차 냉각하는 단계(1차 유지 및 2차 냉각 공정); 상기 2차 냉각 후에 상기 슬라브를 제2차 온도 범위에서 2차 유지하고 제3속도로 가열하는 단계(2차 유지 및 재가열 공정); 및 상기 가열 후에 상기 슬라브를 제3차 온도 범위에서 3차 유지하고 권취하는 단계(3차 유지 및 권취 공정)에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 제조 방법은 냉각(또는 가열) 단계와 유지 단계를 포함하는 사이클을 복수 회, 바람직하게는 3회 반복하는 계단식 공정을 취함으로써, 강도를 확보함과 동시에 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
특히, 1차 냉각 공정-1차 유지 공정-2차 냉각 공정-2차 유지 공정에 의해 (111) 집합 조직이 충분히 형성되게 할 수 있고, 재가열 공정-3차 유지 공정에 의해 그레인(grain)을 충분히 성장시킬 수 있다. 이러한 일련의 효과는 복합적으로 작용함으로써 최종 제조된 열연강판의 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
또한, 1차 냉각 공정-1차 유지 공정은 강 중의 탄소가 최대한으로 과포화되어 세만타이트로 석출되도록 함으로써 강 중의 탄소를 저감시켜 열연강판의 비시효 특성을 높일 수도 있다.
본 발명의 제조 방법을 상세히 설명한다.
(1)재가열 공정:상술한 조성을 갖는 슬라브를 제강 공정을 통해 용강을 얻은 다음에 주괴 또는 연속주조공정을 거치게 된다. 슬라브를 주조시 편석된 성분을 재고용하기 위하여 가열로에서 1100℃ 이상의 온도에서 가열한다.
(2)열간압연 공정:열간압연 공정은 재가열공정을 거친 슬라브를 Ar3 이하의 온도, 예를 들면 열간압연 마무리 온도(FDT, Finishing Delivery Temperature)가 750-800℃에서 열간압연하여 단상의 열연코일을 제조한다. 상기 범위 내에서, random 집합 조직을 구현하여 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
(3)1차 냉각 공정:열간압연 공정을 거친 슬라브를 1차 냉각 속도 20-50℃/s의 속도로 냉각시킨다. 상기 범위 내에서, random 집합 조직을 구현하여 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
(4)1차 유지 공정:1차 냉각 공정을 거친 슬라브를 제1차 온도 범위 650-700℃의 온도에서 유지시킨다. 상기 범위 내에서, 인장강도와 항복강도를 낮추면서 연신율과 r 값을 높일 수 있다. 1차 유지 공정은 5-10초 동안 유지하는 것이 좋다. 상기 범위 내에서, 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
(5)2차 냉각 공정:1차 유지 공정을 거친 슬라브를 2차 냉각 속도 20-50℃/s의 속도로 냉각시킨다. 상기 범위 내에서, random 집합 조직을 구현하여 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
(6)2차 유지 공정:2차 냉각 공정을 거친 슬라브를 제2차 온도 범위 300-400℃의 온도에서 유지한다. 상기 범위 내에서, 인장강도와 항복강도를 낮추면서 연신율과 r 값을 높일 수 있다. 2차 유지 공정은 5-10초 동안 유지하는 것이 좋다. 상기 범위 내에서, 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
(7)재가열 공정:2차 유지 공정을 거친 슬라브를 가열 속도 10-20℃/s의 속도로 재가열한다. 상기 범위 내에서, random 집합 조직을 구현하여 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
(8)3차 유지 공정:재가열 공정을 거친 슬라브를 제3차 온도 범위 830-870℃의 온도에서 유지한다. 상기 범위 내에서, 인장강도와 항복강도를 낮추면서 연신율과 r값을 높일 수 있다. 3차 유지 공정은 10-20초 동안 유지하는 것이 좋다. 상기 범위 내에서, 연신율과 r 값을 높일 수 있다.
(9)권취 공정: 권취 공정은 통상의 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들면 권취는 권취 온도 600-650℃에서 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예와 비교예를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1에 미량 성분을 포함하는 슬라브를 이용하고, 하기 표 1에 기재된 제조 공정으로 열연강판을 제조하였다. 슬라브는 탄소(C), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 질소(N), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 알루미늄(Al) 및 잔량의 철(Fe)로 구성된다. 슬라브에서 탄소(C), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 질소(N)의 함량은 하기 표 1과 같고, 실리콘(Si)은 0.02중량%, 망간(Mn)은 0.5중량%, 인(P)은 0.009중량%, 황(S)은 0.008중량%, 알루미늄(Al)은 0.04중량%로 포함된 것을 사용하였다.
구체적으로, 슬라브를 하기 표 1의 열간압연 마무리온도(FDT, Finishing Delivery Temperature)로 열간압연하였다. 20℃/s의 속도로 1차 냉각한 후에 1차 유지 공정을 거쳤다. 20℃/s의 속도로 2차 냉각한 후에 2차 유지공정을 거쳤다. 20℃/s의 속도로 재가열한 후에 3차 유지 공정을 거쳤고 650℃에서 권취하여 열연강판을 제조하였다.
비교예
상기 실시예에서 하기 표 1에 따라 1차 유지 공정, 2차 유지 공정 및/또는 3차 유지 공정을 거치지 않은 것을 제외하고는(비교예 1-3) 동일한 방법을 실시하여 열연강판을 제조하였다.
화학성분(중량%) 제조 공정
탄소
(C)		 티타늄(Ti) 니오븀(Nb) 질소
(N)		 열간
압연		 1차냉각속도 1차 유지 공정 2차 냉각속도 2차 유지 공정 가열 속도 3차 유지 공정
FDT(℃) (℃/s) 온도(℃) 시간(s) (℃/s) 온도(℃) 시간(s) (℃/s) 온도(℃) 시간(s)
실시예 1 0.008 0.035 0.020 0.006 800 20 670 7 20 350 9 20 830 10
실시예 2 0.008 0.035 0.020 0.006 800 20 670 7 20 350 9 20 870 15
실시예 3 0.008 0.035 0.020 0.006 750 20 670 7 20 350 5 20 830 15
실시예 4 0.008 0.040 0.020 0.006 750 20 670 9 20 350 7 20 870 20
실시예 5 0.008 0.040 0.020 0.006 750 20 700 9 20 350 9 20 870 15
실시예 6 0.008 0.040 0.020 0.006 750 20 700 9 20 350 9 20 870 20
비교예 1 0.008 0.035 0.020 0.006 910 - - - - - - - - -
비교예 2 0.010 0.040 0.020 0.010 830 20 710 7 - - - - - -
비교예 3 0.008 0.035 0.020 0.006 800 20 670 7 20 350 9 - - -
상기 실시예와 비교예에서 제조한 열연강판에 대해, 인장강도, 항복강도, 연신율 및 r 값을 측정하고 그 결과를 표 2에 기재하였다. 인장강도, 항복강도, 연신율 및 r 값은 통상의 방법으로 측정하였다.
항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율(%) r 값
실시예 1 135 301 52 2.24
실시예 2 125 289 53 2.30
실시예 3 129 288 52 2.24
실시예 4 130 290 53 2.22
실시예 5 129 298 51 2.26
실시예 6 129 288 55 2.41
비교예 1 175 346 41 1.51
비교예 2 147 301 48 2.00
비교예 3 141 299 47 2.04
표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공정 조건을 만족하는 실시예 1-6의 경우, 항복강도와 인장강도를 확보함과 동시에, 연신율이 50% 이상, r 값이 2.10이상이 되어 높은 연신율과 높은 r 값을 나타내었다.
반면에, 비교예 1-3에 따른 시편의 경우, 본 발명에 따른 공정 조건 중 어느 하나를 만족하지 못하였으므로, 연신율이 50% 이상, r 값 2.10 이상에 미치지 못하였다.
본 발명은 도면 및 첨부된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 열간압연한 슬라브를 제1속도로 1차 냉각하는 단계;
    상기 1차 냉각 후에 상기 슬라브를 제1차 온도 범위에서 1차 유지하고 제2속도로 2차 냉각하는 단계;
    상기 2차 냉각 후에 상기 슬라브를 제2차 온도 범위에서 2차 유지하고 제3속도로 가열하는 단계; 및
    상기 가열 후에 상기 슬라브를 제3차 온도 범위에서 3차 유지하고 권취하는 단계를 포함하는, 고성형 열연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 유지는 650-700℃ 온도 범위에서 5-10초 동안 수행되고, 상기 2차 유지는 300-400℃ 온도 범위에서 5-10초 동안 수행되고, 상기 3차 유지는 830-870℃ 온도 범위에서 10-20초 동안 수행되는, 고성형 열연강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1속도는 20-50℃/s이고, 상기 제2속도는 20-50℃/s인, 고성형 열연강판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 슬라브는 750-800℃에서 열간 압연된, 고성형 열연강판 제조 방법.
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