KR101400634B1 - 냉연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

냉간 가열 조건의 제어를 통하여, 표면 특성의 저하 문제없이 제조원가가 저렴하면서도 고강도를 갖는 냉연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 냉연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 3.0 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 950℃에서 마무리 열간 압연하는 열간압연 단계; 상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계; 상기 권취된 판재를 산세 처리한 후 냉간 압연하는 냉간압연 단계; 및 상기 냉간압연된 판재를 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열한 후 소둔하는 소둔 열처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉연강판 및 그 제조 방법{COLD-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE COLD-ROLLED STEEL SHEET}
본 발명은 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉간 가열 조건의 제어를 통하여, 표면 특성의 저하 문제없이 제조원가가 저렴하면서도 고강도를 갖는 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
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 펄라이트를 갖는 열간 압연된 판재를 냉간 압연하여 제품의 최종 두께로 가공한 후 소둔 열처리하고 나서 냉각한다.
이러한 소둔 열처리 과정에서 형성된 오스테나이트를 냉각 과정에서 속도를 제어하여 마르텐사이트나 베이나이트로 변태시키게 되는데, 이때 마르텐사이트로 변태시킨 강을 이상 조직강이라고 한다.
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 마르텐사이트의 분율을 증가시켜 강도를 확보하고 있다.
그러나, 이러한 방식은 합금원소의 투입량이 증가하여 표면 특성이 저하될 뿐만 아니라, 제조 원가가 상승하는 결과를 초래한다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0345721호(2002.07.10. 등록)가 있다.
본 발명의 목적은 냉연 가열 조건 제어를 통하여, 표면 특성의 저하 문제없이 제조원가가 저렴하면서도 고강도를 갖는 냉연강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법으로 제조되어, 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트 분율의 증가로 합금원소 추가나 합금원소 첨가량의 증가 없이 고강도를 구현할 수 있는 냉연강판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 방법은 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 3.0 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 950℃에서 마무리 열간 압연하는 열간압연 단계; 상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계; 상기 권취된 판재를 산세 처리한 후 냉간 압연하는 냉간압연 단계; 및 상기 냉간압연된 판재를 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열한 후 소둔하는 소둔 열처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 슬라브 판재에는 실리콘(Si) : 0.8 중량% 이하 및 크롬(Cr) : 0.4 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판은 탄소(C) : 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 3.0 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 미세조직이 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 복합 조직을 갖되, 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열하는 소둔 열처리에 의하여, 상기 마르텐사이트의 분율이 단면 면적율로 20 vol% 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 강판은 실리콘(Si) : 0.8 중량% 이하 및 크롬(Cr) : 0.4 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 냉연 가열시, 가열 속도를 15 ~ 30℃/sec로 증가시키고 가열종료온도를 Ac1 ~ Ac1 + 100℃로 상향하여 실시함으로써, 재결정 완료 이전에 오스테나이트 핵이 페라이트의 서브-그레인 경계면(sub-grain boundary)에 형성되어 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트의 분율을 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 합금원소 추가나 합금원소 첨가량의 증가 없이도 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트 분율의 증가로 고강도를 갖는 냉연강판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 시편의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 시편의 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 냉연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
냉연강판
본 발명에 따른 냉연강판은 냉연 가열 조건의 제어를 통하여, 표면 특성의 저하 문제없이 제조원가가 저렴하면서도 인장강도(TS) : 490MPa급 이상을 갖는 이상 조직강을 제공하는 것을 목표로 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 냉연강판은 탄소(C) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 0 중량% 초과 ~ 3.0 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
이때, 상기 강판은 미세조직이 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 복합 조직을 갖되, 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열하는 소둔 열처리에 의하여, 상기 마르텐사이트의 분율이 단면 면적율로 20% 이상을 가질 수 있다.
또한, 상기 강판은 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.8 중량% 이하 및 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.4 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 냉연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강 중의 침입형 고용강화 원소로써, 이상 조직강에서는 고용강화 뿐만 아니라 오스테나이트에 농화되어 냉연 열처리시 마르텐사이트 형성 및 강도증가에 기여한다.
다만, 본 발명에서 탄소(C)의 함량이 강판 전체 중량의 0.15 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 강도 증가에 따른 연성 및 스트레치-플랜지성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 탄소(C)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 고용강화 원소로서, 오스테나이트를 안정화하여 2상역 소둔 온도를 저하시키며 낮은 임계냉각속도에서도 마르텐사이트가 생성되기 쉽게 한다.
다만, 본 발명에서 망간(Mn)의 함량이 강판 전체 중량의 3.0 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 강판의 두께 중심부에서 망간 밴드가 발달하여 연신율이 급격히 저하되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 망간(Mn)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 3.0 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여하며, 또한 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다.
다만, 본 발명에서 몰리브덴(Mo)의 함량이 강판 전체 중량의 0.1 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 용접성을 저하시킴과 동시에 탄화물의 석출에 의하여 항복비를 상승시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 망간(Mn)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 고용강화 원소로서, 강판의 청정화 및 오스테나이트 내의 탄소 농화를 촉진하며, 적정 망간(Mn)을 첨가하는 강판 중에서 용접시 용융 금속의 유동성을 좋게 하여 용접부내 개재물 잔류를 최대한 감소하는 원소이다. 또한, 실리콘(Si)은 항복비, 연신율의 균형을 저해하지 않으면서 강도를 향상하며 페라이트내 탄소(C)의 확산 속도를 느리게 하기 때문에 탄화물 성장을 억제하며 페라이트를 안정화하여 연신율을 향상시킨다.
다만, 본 발명에서 실리콘(Si)의 함량이 강판 전체 중량의 0.8 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 소재 표면에 Mn2SiO4상 및 SiO2상을 형성하여 도금 젖음성을 저하시켜 외관 표면을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 실리콘(Si)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.8 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 오스테나이트 안정화 원소로 소입성을 향상시키는 효과가 있다. 특히, 크롬(Cr)은 소둔 열처리시 Cr계 석출물을 입내에 석출하여 연신율을 증가시킨다.
다만, 본 발명에서 크롬(Cr)의 함량이 강판 전체 중량의 0.4 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 도금성을 저해하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 크롬(Cr)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.4 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 냉연강판은 상기의 합금원소들 이외에 기타원소가 더 첨가될 수 있다. 이러한 기타원소는 강도를 증가시키기 위해 첨가되는 것으로, 1100 MPa급 이상의 강종에 한하여 첨가하는 것이 바람직하다. 이때, 본 발명에 따른 냉연강판에 첨가되는 기타원소로는 보론(B), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등을 제시할 수 있다.
보론(B)
보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 강도를 향상시키는 역할을 한다.
다만, 본 발명에서 보론(B)의 함량이 강판 전체 중량의 0.008 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 보론 산화물의 형성으로 강판의 표면 품질을 저해하는 문제를 유발할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 보론(B)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.008 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 등과 결합하여 탄화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물은 열간압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강판의 강도와 저온인성을 향상시킨다.
다만, 본 발명에서 니오븀(Nb)의 함량이 강판 전체 중량의 0.08 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 강판의 용접성을 저하시키는 문제가 있다. 또한, 니오븀(Nb)의 함량이 0.08 중량%를 초과할 경우, 니오븀(Nb) 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다. 따라서, 본 발명에서는 니오븀(Nb)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 0.08 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
니켈(Ni)
니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히 니켈은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.
다만, 본 발명에서 니켈(Ni)의 함량이 강판 전체 중량의 1.0 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 적열취성을 유발하며, 제조 비용을 상승시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 니켈(Ni)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 1.0 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 니켈(Ni)과 함께 강의 경화능 및 내식성을 향상시키는 원소로 첨가된다.
다만, 본 발명에서 구리(Cu)의 함량이 강판 전체 중량의 1.0 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 강의 표면 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 구리(Cu)의 함량을 강판 전체 중량의 0 중량% 초과 ~ 1.0 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
냉연강판 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 냉연강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110), 냉각/권취 단계(S120), 산세 단계(S130), 냉간압연 단계(S140) 및 소둔 열처리 단계(S150)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 냉연강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110) 이전에 실시되는 슬라브 재가열 단계(S105)를 더 포함할 수 있다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S105)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위하여 슬라브 재가열 단계(S105)를 실시하는 것이 더 바람직하다.
본 발명에 따른 냉연강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 탄소(C) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 0 중량% 초과 ~ 3.0 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
이때, 상기 슬라브 판재에는 실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.8 중량% 이하 및 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.4 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.
또한, 상기 슬라브 판재에는 상기의 합금원소들 이외에, 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.008 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.08 중량% 이하, 니켈(Ni) : 0 중량% 초과 ~ 1.0 중량% 이하 및 구리(Cu) : 0 중량% 초과 ~ 1.0 중량% 이하 중 1종 이상의 기타원소가 더 첨가될 수 있다. 이러한 기타원소는 강도를 증가시키기 위해 첨가되는 것으로, 1100MPa급 이상의 강종에 한하여 첨가될 수 있다.
슬라브 재가열
슬라브 재가열 단계(S105)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열한다.
여기서, 상기 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S105)에서는 연속주조공정을 통해 확보한 슬라브 판재를 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용한다.
만일, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1150℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간 압연
열간압연 단계(S110)에서는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 950℃로 마무리 압연한다.
만일, 마무리 압연 온도(FDT)가 850℃ 미만으로 실시될 경우에는 이상역 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(S120)에서는 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취한다. 이때, 냉각/권취 단계(S120)에서는 망간(Mn) 및 실리콘(Si)의 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(S130)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(S130) 이후, 강판 표면의 산화를 방지하기 위해 오일을 도포하는 단계를 더 수행할 수도 있다.
냉간 압연
냉간압연 단계(S140)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(S150)에서는 냉간압연된 판재를 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열한 후 페라이트와 오스테나이트 이상역에서 소둔한다. 여기서, Ac1 변태점은 강 종에 따라 차이가 있으나, 대략 660℃ ㅁ 10℃를 제시할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 소둔 열처리는 냉간압연된 판재를 급속 가열하는 급속 가열 구간과, 소둔을 수행하는 SS(Soaking Section) 구간과, 냉각을 수행하는 RQS(Roll Quenching Section) 구간과, 과시효 처리하는 OAS(Over Aging Section) 구간을 포함하는 연속소둔라인에서 수행될 수 있다.
즉, 냉간 압연된 판재는 급속 가열 구간에서 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열한 후, 780 ~ 820℃로 유지되는 SS(Soaking Section) 구간에서 100 ~ 120초 동안 소둔 처리된 후, 480 ~ 520℃까지 RQS(Roll Quenching Section) 구간에서 냉각되며, 480 ~ 520℃의 온도로 유지되는 OAS 구간에서 100 ~ 200초 동안 과시효 처리된다.
상기 급속 가열 구간에서의 급속 가열은 재결정 완료 이전에 오스테나이트 핵이 페라이트의 서브-그레인 경계면(sub-grain boundary)에 형성되어 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트의 분율을 증가시시키 위한 목적으로 실시된다.
만일, 가열종료온도가 Ac1 미만으로 실시될 경우에는 재결정 완료 이후 오스테나이트 핵 생성 및 성장이 일어나 페라이트 결정립이 조대화되는 문제가 있다. 반대로, 가열종료온도가 Ac1 + 100℃를 초과하여 실시될 경우에는 더 이상의 온도 상승 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 문제가 있다.
한편, 가열 속도가 15℃/sec 미만으로 실시될 경우에는 재결정 완료 후 Ac1 변태점을 지나면서 오스테나이트 핵 생성 및 성장이 발생하여 페라이트 결정립이 조대화되며, 마르텐사이트의 분율을 충분히 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 가열 속도가 30℃/sec를 초과하여 실시될 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시킬 뿐만 아니라, 오히려 재질 특성을 저해할 우려가 있다.
상기 SS(Soaking Section) 구간에서의 소둔은 재결정과 결정립 성장을 통하여 (111) 집합조직을 발달시켜 드로잉성을 향상시키고 미세한 복합 석출물을 재용해시켜 고용탄소가 용출되도록 유도한다. 이때, 소둔 열처리 온도는 780 ~ 820℃로 실시하는 것이 바람직하다. 만일, 소둔 열처리 온도가 780℃ 미만으로 실시될 경우에는 연성이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 소둔 열처리 온도가 820℃를 초과하여 실시될 경우에는 오스테나이트 결정립 크기 증가로 인하여 강판의 물성이 저하될 수 있다.
한편, RQS(Roll Quenching Section) 구간에서는 480 ~ 520℃까지 냉각한다. 만일, 냉각 온도가 480℃ 미만일 경우, 재질의 불균일이 발생할 수 있다. 반대로, 냉각 온도가 520℃를 초과할 경우에는 냉각 과정에서 오스테나이트가 페라이트, 베이나이트로 변태할 수 있다.
OAS(Over Aging Section) 구간에서는 480 ~ 520℃의 온도에서 100 ~ 200초간 유지하는 것이 바람직하다. 만일, 과시효대(Over Aging Section)에서 480℃를 초과하거나, 또는 100초 미만으로 유지될 경우에는 항복비가 상승하는 문제가 있다. 반대로, 과시효대에서 520℃를 초과하거나, 또는 200초를 초과할 경우에는 연신율이 급격히 저하되는 문제가 있다.
상기의 과정(S105 ~ S150)으로 제조되는 냉연강판은 냉연 가열시, 가열 속도를 15 ~ 30℃/sec로 실시하고 가열종료온도를 Ac1 ~ Ac1 + 100℃로 상향하여 실시함으로써, 재결정 완료 이전에 오스테나이트 핵이 페라이트의 서브-그레인 경계면(sub-grain boundary)에 형성되어 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트의 분율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기의 과정(S105 ~ S150)으로 제조되는 냉연강판은 합금원소 추가나 합금원소 첨가량의 증가 없이도 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트 분율의 증가를 유도할 수 있고, 이를 통해 고강도를 확보할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
표 1의 합금 조성 및 표 2의 공정 조건으로 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 2에 따른 시편을 제조하였다. 이후, 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대하여 인장시험과 샤르피(charpy) 충격시험을 각각 수행하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure 112011067295959-pat00001

[표 2]
Figure 112011067295959-pat00002

2. 기계적 물성 및 미세 조직 특성 평가
표 3은 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 2에 따른 시편에 대한 기계적 물성 및 미세 조직 특성의 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure 112013053366876-pat00007
표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 시편은 360MPa의 항복점(YP), 793.2MPa의 인장강도(TS) 및 18.9%의 연신율(EL)을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1에 따라 제조된 시편은 마르텐사이트의 분율(Vm)이 단면 면적율로 28%이고, 페라이트 결정립(Df)의 평균 직경이 9㎛를 가지며, 마르텐사이트 결정립(Dm)의 평균 직경이 4㎛를 갖는 것을 알 수 있다.
반면, 실시예 1과 비교하여 합금 성분은 동일하고 대부분의 공정 조건은 유사하나, 냉연 조건 중 가열 속도 및 가열종료온도가 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나는 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 307MPa의 항복점(YP), 651.6MPa의 인장강도(TS) 및 18.9%의 연신율(EL)을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1에 따라 제조된 시편은 마르텐사이트의 분율(Vm)이 단면 면적율로 14%에 불과하며, 페라이트 결정립(Df)의 평균 직경이 15㎛를 가지며, 마르텐사이트 결정립(Dm)의 평균 직경이 8㎛를 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2에 따라 제조된 시편은 625MPa의 항복점(YP), 1004MPa의 인장강도(TS) 및 14.9%의 연신율(EL)을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2에 따라 제조된 시편은 마르텐사이트의 분율(Vm)이 단면 면적율로 41 vol%이고, 페라이트 결정립(Df)의 평균 직경이 7㎛를 가지며, 마르텐사이트 결정립(Dm)의 평균 직경이 5㎛를 갖는 것을 알 수 있다.
반면, 실시예 2와 비교하여 합금 성분은 동일하고 대부분의 공정 조건은 유사하나, 냉연 조건 중 가열 온도 및 가열종료온도가 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나는 비교예 2에 따라 제조된 시편의 경우, 520MPa의 항복점(YP), 820.3MPa의 인장강도(TS) 및 19.5%의 연신율(EL)을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 2에 따라 제조된 시편은 마르텐사이트의 분율(Vm)이 단면 면적율로 29%이고, 페라이트 결정립(Df)의 평균 직경이 10㎛를 가지며, 마르텐사이트 결정립(Dm)의 평균 직경이 7㎛를 갖는 것을 알 수 있다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 시편의 최종 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 3은 실시예 1에 따라 제조된 시편의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 2를 참조하면, 가열 속도가 10℃/sec이고 가열종료온도가 650℃인 비교예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 가열 중 재결정 완료 후 Ac1 변태점인 657℃를 지나면서 오스테나이트의 핵 생성 및 성장이 일어난다.
반면, 가열 속도가 17℃/sec이고 가열종료온도가 750℃인 실시예 1에 따라 제조된 시편의 경우, 냉간압연된 풀하드재 조직이 재결정이 완료되기 이전에 페라이트 내의 서브-그레인 경계면에서 미세한 오스테나이트 핵이 많이 발생하면서 5㎛ 이하의 결정립 크기를 갖는 마르텐사이트가 단면 면적율로 28%가 확보된 것을 확인할 수 있다. 이때, 서브 그레인 경계면에 발생된 미세한 오스테나이트 핵은 소둔 열처리 과정 동안 페라이트 성장을 억제하여 미세한 마르텐사이트의 분율 상승을 유도한 것으로 파악된다.
위의 실험 결과를 토대로, 가열 속도를 15 ~ 30℃/sec로 증가시키고 가열종료온도를 Ac1 ~ Ac1 + 100℃로 상향하여 실시할 경우, 재결정 완료 이전에 오스테나이트 핵이 페라이트의 서브-그레인 경계면(sub-grain boundary)에 형성되어 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트의 분율을 증가시킴으로써, 합금원소 추가나 합금원소 첨가량의 증가 없이 고강도를 확보할 수 있다는 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S105 : 슬라브 재가열 단계
S110 : 열간압연 단계
S120 : 냉각/권취 단계
S130 : 산세 단계
S140 : 냉간압연 단계
S150 : 소둔 열처리 단계

Claims (11)

  1. 탄소(C) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 0 중량% 초과 ~ 3.0 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 950℃에서 마무리 열간 압연하는 열간압연 단계;
    상기 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 700℃까지 냉각하여 권취하는 냉각/권취 단계;
    상기 권취된 판재를 산세 처리한 후 냉간 압연하는 냉간압연 단계; 및
    상기 냉간압연된 판재를 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열한 후 소둔하는 소둔 열처리 단계;를 포함하며,
    상기 소둔 열처리 단계는
    상기 냉간압연된 판재를 상기 가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열하는 단계와,
    상기 급속 가열된 판재를 SS(Soaking Section) 구간에서 소둔하는 단계와,
    상기 소둔된 판재를 RQS(Roll Quenching Section) 구간에서 냉각하는 단계와,
    상기 냉각된 판재를 OAS(Over Aging Section) 구간에서 과시효 처리하는 단계를 포함하며,
    재결정 완료 이전에 오스테나이트 핵이 페라이트의 서브-그레인 경계면(sub-grain boundary)에 형성되어 페라이트 결정립의 미세화 및 마르텐사이트의 분율을 증가시킨 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열간압연 단계 이전에,
    상기 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하는 슬라브 재가열 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬라브 판재에는
    실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.8 중량% 이하 및 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.4 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 급속 가열 단계에서,
    Ac1 변태점은 650 ~ 680℃인 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소둔 단계에서,
    SS(Soaking Section) 구간은 780 ~ 820℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
  7. 탄소(C) : 0 중량% 초과 ~ 0.15 중량% 이하, 망간(Mn) : 0 중량% 초과 ~ 3.0 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
    미세조직이 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 복합 조직을 갖되,
    가열종료온도 : Ac1 ~ Ac1 + 100℃까지 15 ~ 30℃/sec의 속도로 급속 가열하는 소둔 열처리에 의하여, 재결정 완료 이전에 오스테나이트 핵이 페라이트의 서브-그레인 경계면(sub-grain boundary)에 형성되어 상기 마르텐사이트의 분율이 단면 면적율로 20% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 냉연강판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 페라이트의 결정립은
    10㎛ 이하의 평균 직경을 갖고, 상기 마르텐사이트의 결정립은 5㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 냉연강판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 강판은
    실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.8 중량% 이하 및 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.4 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 강판은
    인장강도 : 490MPa 이상 및 연신율 : 10% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 냉연강판.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 강판은
    인장강도(TS) : 1100MPa 이상을 가지며,
    실리콘(Si) : 0 중량% 초과 ~ 0.8 중량% 이하, 크롬(Cr) : 0 중량% 초과 ~ 0.4 중량% 이하, 보론(B) : 0 중량% 초과 ~ 0.008 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0 중량% 초과 ~ 0.08 중량% 이하, 니켈(Ni) : 0 중량% 초과 ~ 1.0 중량% 이하 및 구리(Cu) : 0 중량% 초과 ~ 1.0 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판.
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