KR101412276B1 - 강판 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

구상화 열처리를 통하여 제조되는 강판의 경도를 높여 내마모성이 우수한 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.8~1.2 중량%, 실리콘(Si) : 0.15~0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.6~1.0 중량%, 크롬(Cr) :　0.2~2.0 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0.005 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 마무리 압연온도 840~880℃ 조건으로 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 600~660℃에서 권취하는 단계; 및 (d) 상기 권취된 판재를 680~720℃에서 구상화 소둔하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강판 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING STEEL SHEET}
본 발명은 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크롬 등의 합금 성분 제어 및 구상화 소둔을 통하여 내마모성이 우수한 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고탄소강은 가격이 저렴하고, 열처리에 의해 강도를 쉽게 높일 수 있어, 공구강, 레일, 스프링 등에 널리 활용되고 있다.
그러나, 고탄소강의 경우, 일반적으로 비커스 경도가 Hv 220 정도로서, 매우 높은 편은 아니며, 이에 따라 내마모성이 불충분하다.
따라서, 이러한 내마모성이 우수한 고탄소강 제조 기술이 요구된다.
본 발명에 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0722394호(2007.05.21. 등록)가 있으며, 상기 문헌에는 우수한 구상화 소둔 특성을 가지는 고탄소강판 및 그제조방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 합금성분 조절 및 구상화 소둔을 통하여 강판의 경도를 높여 내마모성을 향상시킬 수 있는 강판 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판은 (a) 탄소(C) : 0.8~1.2 중량%, 실리콘(Si) : 0.15~0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.6~1.0 중량%, 크롬(Cr) :　0.2~2.0 중량%, 인(P) : 0중량% 초과 내지 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0중량% 초과 내지 0.005 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 마무리 압연온도 840~880℃ 조건으로 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 600~660℃에서 권취하는 단계; 및 (d) 상기 권취된 판재를 680~720℃에서 구상화 소둔하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판은 탄소(C) : 0.8~1.2 중량%, 실리콘(Si) : 0.15~0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.6~1.0 중량%, 크롬(Cr) :　0.2~2.0 중량%, 인(P) : 0중량% 초과 내지 0.015 중량% 이하, 황(S) : 0중량% 초과 내지 0.005 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 비커스 경도(Hv) 250 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법은 크롬 등의 합금성분 제어와 구상화 열처리 등의 공정 제어를 통하여 경도를 높여 내마모성 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 비교예 2에 따른 시편의 열연 조직 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 2에 따른 시편의 구상화 조직의 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 2에 따른 시편의 열연 조직 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 2에 따른 시편의 구상화 조직의 사진을 나타낸 것이다.
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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
강판
본 발명에 따른 강판은 구상화소둔 처리된 강판으로, 탄소(C) : 0.8~1.2 중량%, 실리콘(Si) : 0.15~0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.6~1.0 중량%, 크롬(Cr) :　0.2~2.0 중량%, 인(P) : 0중량% 초과 내지 0.03 중량% 이하 및 황(S) : 0중량% 초과 내지 0.005 중량% 이하를 포함한다.
여기서, 상기 크롬(Cr)은 1.5~2.0중량%인 것이 보다 바람직하다.
상기 성분들 이외에 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도 확보 및 미세조직 제어를 위하여 첨가된다.
상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.8~1.2 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.8중량% 미만일 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소의 함량이 1.2중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있다.
실리콘( Si )
실리콘(Si)은 강중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘은 고용강화 효과도 가진다.
상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0.15~0.30중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.15중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘의 첨가량이 0.30중량%를 초과하는 경우, 열연 공정 중에 적 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면 품질을 악화시킬 수 있다.
망간( Mn )
망간(Mn)은 고용강화 원소로써 강의 경화능을 향상시켜 강도를 확보하는 데 효과적인 원소이다.
상기 망간은 강판 전체 중량의 0.6~1.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 0.6중량%미만일 경우 고용강화 효과가 미미할 수 있다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.0중량%를 초과할 경우에는 산화물을 형성함으로써 강의 용접성을 저하시킬 수 있다.
크롬( Cr )
크롬(Cr)은 오스테나이트 안정화 원소로서 강도 향상에 기여한다.
상기 크롬이 첨가될 경우, 그 첨가량은 강판 전체 중량의 0.2~2.0 중량% 이하로 제한되는 것이 바람직하다. 크롬의 첨가량이 0.2 중량% 미만을 경우 구성화 미세효과가 저하될 수 있다. 반대로, 크롬의 첨가량이 2.0 중량%를 초과하는 경우, 제강 시 문제시될 수 있다.
여기서, 크롬은 1.5~2.0 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서 구상화 조직이 보다 미세화될 수 있으며, 이에 따라 비커스 경도(Hv) 270이상을 나타낼 수 있다.
인(P)
인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 될 수 있다.
이에 본 발명에서는 상기 인의 함량을 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.03중량% 이하로 제한하였다.
황(S)
황(S)은 가공성 향상에 일부 기여하나, 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다.
이에 본 발명에서는 황의 함량을 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.005중량% 이하로 제한하였다.
강판 제조 방법
이하, 본 발명에 따른 강판 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각/권취 단계(S130) 및 구상화 소둔 단계(S140)를 포함한다.
슬라브 재가열
슬라브 재가열 단계(S110)에서는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열하며, 대략 1~3시간동안 실시하는 것이 바람직하다.
슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다.
슬라브 재가열 온도가 1150℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하고, 압연 부하가 커지는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용이 상승할 수 있다.
열간압연
열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 열간압연한다.
열간압연시 마무리 압연온도(Finishing Delivery Temperature; FDT)는 840~880℃인 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도가 880℃를 초과할 경우 조대화된 결정립으로 인한 펄라이트 핵생성이 지연 되고 권취 온도와의 편차가 증가하여 온도 제어성이 떨어질 수 있다. 반대로, 마무리 온도가 840℃ 미만으로 너무 낮으면, 압연 부하가 증가되고, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
냉각/ 권취
냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 판재를 냉각하여 권취한다.
냉각은 연신률의 향상을 위해 페라이트 상변태가 충분히 일어날 수 있도록, 후단서냉 방식으로 실시하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 냉각은 페라이트 영역에 해당하는 720~760℃ 중 미리 정해진 온도까지는 5℃/sec 이하의 냉각속도로 실시되고, 1차 냉각 후 권취 온도까지는 5~10℃/sec의 속도로 실시되는 2차 냉각으로 실시될 수 있다.
1차 냉각에서 냉각속도가 5℃/sec를 초과할 경우 페라이트 변태가 불충분 할 수 있다. 또한, 2차 냉각에서 냉각속도가 5℃/sec 미만으로 너무 낮으면, 강도가 불충분 할 수 있다. 반대로, 2차 냉각에서 냉각 속도가 10℃/sec를 초과할 경우에는 경화되기 때문에 연신율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
권취 온도(Coiling Temperature; CT)는 펄라이트 온도역에 해당하는 600℃~660℃인 것이 바람직하다. 권취 온도가 660℃를 초과할 경우, 펄라이트 층상 조직 간격이 증가하여 전위 이동에 장애물로 작용하기 힘들어져 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수있으며, 가공성이 나빠질 수 있다. 반대로, 권취 온도(CT)가 600℃ 미만일 경우 연신율이 감소할 수 있다.
구상화 소둔
구상화 소둔 단계(S140)에서는 권취된 판재를 680~720℃로 가열하여 구상화 소둔함으로써 펄라이트를 세멘타이트로 구상화시키고 초석 세멘타이트를 분절시켜 구상화율을 높일 수 있다.
구상화 소둔은 680~720℃로 실시하는 것이 바람직하다. 구상화 소둔 온도가 680℃ 미만인 경우, 구상화 효율이 불충분해질 수 있다. 반대로, 구상화 소둔 온도가 720℃를 초과하는 경우, 펄라이트 잔존량 증가로 인하여 경도가 저하될 수 있다.
특히, 구상화 소둔온도가 680~720℃인 경우, 비커스 경도(Hv) 250~300을 나타내었는데, 상기 범위에서 제조된 강판의 미세조직에는 펄라이트가 거의 발견되지 않았으며, 이는 구상화 소둔온도가 680~720℃인 경우에 펄라이트가 구상화 세멘타이트로 바뀌는 효율이 가장 높아, 목표하는 내마모성 특성도 가장 향상될 수 있는 것을 의미한다.
한편, 구상화 소둔은 10~20시간동안 실시되는 것이 보다 바람직하다. 구상화 소둔 시간이 10시간 미만인 경우, 구상화 소둔 효율이 불충분해질 수 있다. 반대로, 구상화 소둔 시간이 20시간을 초과하면 제조되는 강의 미세조직 조대화로 인하여 재질 편차를 발생시킬 수 있다.
구상화소둔 처리 이후에는 구상화처리된 강판을 냉간압연한 후, 오스테나이트-페라이트 이상역 또는 오스테나이트 단상역에서 소둔열처리하는 단계를 더 수행할 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. 강판의 제조
표 1에 기재된 조성을 바탕으로 열간압연하여 실시예 1~4 및 비교에 1~2에 따른 강판을 제조하였다.
[표 1](단위 : 중량%)
Figure 112012033211456-pat00001
[표 2]
Figure 112012033211456-pat00002
표 2를 참조하면, 본 발명에서 제시한 조성, 구상화소둔 온도 및 시간을 만족하는 실시예 1~4에 따라 제조된 시편의 경우, 목표값에 해당하는 경도값(Hv)을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
특히, 크롬의 함량이 1.5~2.0중량%를 만족하는 실시예 2 및 실시예 4에 따른 시편의 경우, 비커스 경도가 270Hv 이상을 나타내어, 실시예 1 및 실시예 3에 따른 시편에 비하여 보다 높은 경도값을 나타내었다.
반면, 본 발명에서 제시한 조성을 벗어나는 비교예 1, 2에 따른 시편의 경우, 목표로 하는 경도값을 나타내지 못하였다.
도 2는 비교예 2에 따른 시편의 열연 조직 사진을 나타낸 것이고, 도 3은 비교예 2에 따른 시편의 구상화 조직의 사진을 나타낸 것이다. 도 4는 실시예 2에 따른 시편의 열연 조직 사진을 나타낸 것이고, 도 5는 실시예 2에 따른 시편의 구상화 조직의 사진을 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 비교예 2에 따른 시편의 경우, 열간압연 후 냉각까지 진행된 상태의 열연 조직은 펄라이트와 망상의 초석 세멘타이트로 구성되어 있으며 구상화 열처리 이후, 불균일한 구상화 조직이 형성되었다.
반면, 도 4 내지 도 5를 참조하면, 실시예 2에 따른 시편의 경우, 펄라이트와 분절된 초석 세멘타이트로 구성되어 있으며, 구상화 열처리 조직은 균일한 구상화 조직으로 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.
실시예 2에 따른 시편의 높은 경도값은 열연조직이 분절된 초석 세멘타이트를 포함하여, 구상화 열처리 후 균일한 구상화 조직을 갖기 때문인 것으로 볼 수 있다.
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.
S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각/권취 단계
S140 : 구상화 소둔 단계

Claims (8)

  1. (a) 탄소(C) : 0.8~1.2 중량%, 실리콘(Si) : 0.15~0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.6~1.0 중량%, 크롬(Cr) :　0.2~2.0 중량%, 인(P) : 0중량% 초과 내지 0.03 중량% 이하, 황(S) : 0중량% 초과 내지 0.005 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계;
    (b) 상기 재가열된 판재를 마무리 압연온도 840~880℃ 조건으로 열간압연하는 단계;
    (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 600~660℃에서 권취하는 단계; 및
    (d) 상기 권취된 판재를 680~720℃에서 구상화 소둔하는 단계;를 포함하고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 냉각은 상기 열간압연된 강판을 5℃/sec 이하의 평균냉각속도로 720~760℃까지 냉각하는 1차 냉각 단계와, 상기 1차 냉각된 강판을 5~10℃/sec의 평균냉각속도로 600~660℃까지 냉각하는 2차 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크롬(Cr)은
    1.5~2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (e) 상기 구상화소둔 처리된 강판을 냉간압연한 후, 오스테나이트-페라이트 이상역 또는 오스테나이트 단상역에서 소둔 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    구상화 소둔은
    10~20시간동안 실시되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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