KR101528064B1

KR101528064B1 - 열간 압연성이 우수한 고p 경량강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101528064B1
Application number: KR1020130157947A
Authority: KR
Inventors: 장재훈; 박경수; 박준학; 최석환; 이재곤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-10

Abstract

본 발명은 강의 비중을 낮춰 경량화를 도모하는 동시에, 강 제조공정을 제어하여 열간 압연성을 개선한 고P 경량강 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

열간 압연성이 우수한 고P 경량강 및 그 제조방법{LIGHTWEIGHT HIGH PHOSPHORUS STEEL HAVING EXCELLENT HOT-ROLLING PROPERTY AND METHOD FOR MANUFACTUING THE SAME}

본 발명은 강의 비중을 낮춘 경량강에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간 압연성이 우수한 고P 경량강과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 새로운 연료 시스템을 갖는 자동차(예를 들어 전기 자동차)가 등장함에 따라, 축전지 등 자동차 연료 시스템의 무게가 현재의 내연기관에 비해 대폭적으로 늘어날 것으로 예상되기 때문에 차체의 무게를 현저히 감소시킬 수 있는 경량소재의 개발이 요구되고 있다.

경량소재로서, 알루미늄이나 마그네슘의 사용이 논의되고 있으나, 상기 알루미늄이나 마그네슘은 강도와 연성이 낮고, 비용이 높다는 문제가 있다. 따라서, 여전히 강재를 이용하는 것이 불가피하다.

강재는 강도와 연성이 알루미늄, 마그네슘보다 현저히 우수하고, 원가 역시 매우 낮다. 지금까지는 고강도 고인성 강재의 두께를 얇게 하여 차체의 경량화를 도모해 왔으나, 강재 자체의 비중이 높아서 자동차에 요구되는 경량화 한계를 충족하지 못하는 경우, 강재에 Al과 같은 비철 금속의 사용이 불가피한 실정이다.

이에 따라, 주로 경원소인 Al을 첨가하여 비중을 낮춘 강재의 개발이 이루어지고 있다. 그러나, 이와 같이 Al을 다량 첨가하게 되면, Fe와 Al간 화합물(FeAl)을 형성하게 되고, 그로 인한 연성의 감소로 인해 압연성이 크게 저하되며, 열간 압연시 크랙을 발생시키는 원인이 된다.

한편, 인(P) 역시 대표적인 저비중 원소이며, 강재에 포함될 때 고용강화에 의해 강도를 높이는 역할을 수행하지만, 결정립계에 편석하여 인성을 저하시키는 합금원소이다. 따라서, 일반적으로 제강 과정에서 탈린 처리를 통해 상기 P를 제거하는 것이 일반적이다. 한편, 상기 P는 과량 포함될 경우, Fe₂P, Fe₃P 등의 화합물을 형성하게 되고, 이러한 화합물이 강중에 포함되어 있으면, 강의 연성 감소를 일으켜 압연성을 저하시키는 문제가 있다.

상기와 같이, P를 다량 함유하는 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있으나, P의 입계편석 등의 문제로 인해 그 함량이 0.2% 이하로 사용되는 문제가 있다.

특허문헌 1: 한국 등록특허 제0611314호 특허문헌 2: 일본 공개특허 1995-062489호

본 발명의 일측면은 강의 비중을 낮춰 경량화를 도모하는 동시에, 강 제조공정을 제어하여 열간 압연성을 개선한 고P 경량강 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일태양은 중량%로, P: 3~10%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 준비하는 단계;

상기 강재를 1050℃ 이하로 재가열하는 단계; 및

상기 재가열된 강재를 (645+35×P)℃~재가열 온도의 범위에서 압연하는 단계를 포함하는 열간 압연성이 우수한 고P 경량강의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 또다른 일태양은 상기 방법으로 제조되는 열간 압연성이 우수한 고P 경량강을 제공한다.

본 발명에 의하면, 우수한 경량성을 확보하는 동시에 열간 압연시 크랙의 발생을 억제할 수 있는 강의 제조기술을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 저품위 철광석을 이용하더라도, 별도의 탈린 과정을 과도하게 진행하지 않아, 경량강의 경제적인 생산이 가능하다는 장점이 있다.

도 1의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명 발명예 3 및 비교예 8의 시편 사진이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 고P 경량강을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 경량강은 인(P) 3~10wt% 포함한다. 먼저, 본 발명의 조성에 대해 상세히 설명한다.

인(P): 3~10wt% (이하, %)

P는 저비중 합금원소로서 강의 경량화를 도모할 수 있으며, 고용강화를 통해 강의 강도를 확보할 수 있다. 상기 P는 다른 경량 원소에 비해 가격이 저렴하여 원가절감 효과가 크다. 또한 저품위 철광석을 사용하더라도 상기 P를 제거하기 위한 탈린 공정을 생략 또는 단축할 수 있어 추가적인 원가 절감 효과를 기대할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해, 상기 P는 3% 이상 첨가하는 것이 필요하나, 10%를 초과하여 첨가하면 Fe-P(Fe₃P) 화합물이 다량 생성되어, 결정립계에 다량 편석이 발생하여 압연성을 급격히 저하시키므로, 그 상한을 10%로 한다.

나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 이는 본 발명의 기술사상을 해하지 않는 범위에서 다른 합금성분의 추가를 배제하는 것은 아니다.

상기 조성을 만족하는 강재(슬라브, 빌렛 등)를 준비하여, 이를 1050℃ 이하의 온도범위에서 재가열을 행한다. 상기 재가열 온도가 높을수록 Fe₃P를 연하게 만들어 열간압연을 유리하게 할 수 있다. 그러나, 본 발명과 같이 P를 다량 포함하는 경량강의 경우에는 1050℃를 초과하는 경우에는 액상을 형성하게 되고, 그로 인해 압연을 진행할 수 없다는 문제가 발생한다.

상기 재가열 온도의 하한은 특별히 규정하지 않으나, 750℃ 이상인 것이 바람직하다. 이는 상기 750℃ 이하의 온도로 재가열을 행하고, 압연을 하게 되면, 압연시 파단이 발생하여 압연을 진행할 수 없기 때문이다.

한편, 상기 재가열된 강재를 압연(열간 압연)하여 강을 제조한다. 상기 압연은 (645+35×P)℃~재가열 온도의 범위로 행하는 것이 바람직하다. 여기서 P는 P의 함량(중량%)을 의미한다. 열간 압연시 온도가 높게 유지될 경우, 열간 압연 비용이 증가되는 문제가 있고, 온도가 너무 낮을 경우에는 Fe₃P 분율이 늘어나고, Fe₃P와 기지 조직의 연성이 떨어져 압연시 파단이 일어나는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 압연시 P의 함량을 고려하여 하한 온도를 설정한다.

상기 압연시 압하율은 60% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명이 경량강은 전술한 방법에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 경량강은 밀도가 7.3~7.7g/㎤ 으로써, 우수한 경량화를 달성할 수 있다. 이는 대표적인 경량화 원소인 Al을 1.5~6.5% 포함하였을 때와 동일한 효과의 경량 효과이다.

본 발명의 미세조직에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 경량강은 페라이트 주조직에 Fe₃P 화합물이 61vol.% 이하로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 분율은 액상에서 고상으로 만들어지는 과정에 페라이트가 먼저 기지조직으로 석출되었을 경우, 포함될 수 있는 최대 Fe₃P 화합물의 분율이며, 이보다 높을 경우에는 Fe₃P 화합물이 기지조직으로 구성되어, 열간 압연성이 현저히 저하된다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

(실시예)

하기 표 1의 조성을 만족하는 강재를 준비하고, 이를 표 1의 제조조건으로 재가열 및 66%의 압하율로 압연하여 강을 제조하였다. 각 강에 대하여, Fe₃P 화합물의 분율(vol.%), 밀도, 액상여부 및 압연성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

구분	P함량 (wt%)	재가열온도 (℃)	압연온도 (℃)	재가열시 액상여부	Fe₃P 분율 (vol.%)	압연성	밀도 (g/㎤)
비교예 1	2	1000	750	X	0	○	7.73
발명예 1	3	1000	750	X	6.06	○	7.67
비교예 2	3	1000	730	X	6.06	X	7.67
비교예 3	3	1100	-	○	6.06	-	7.67
발명예 2	5	1000	830	X	22.2	○	7.52
비교예 4	5	1000	800	X	22.2	X	7.52
발명예 3	7	1000	900	X	37.8	○	7.43
비교예 5	7	1000	880	X	37.8	X	7.43
발명예 4	10	1000	1000	X	60.4	○	7.30
비교예 6	10	1000	980	X	60.4	X	7.30
비교예 7	10	1100	-	○	60.4	-	7.30
비교예 8	12	1000	1000	X	76.4	X	7.15

한편, 압연성은 재가열된 강재를 70%의 압하율로 압연하는 경우, 양 에지부에서 5㎜ 이하의 균열이 발생하는 경우에는 ○로 표시하였고, 파단이 발생하거나 5㎜ 초과의 균열이 발생하는 경우에는 X로 표시하였다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 경우에는 경량성 및 압연성을 확보할 수 있었다.

그러나, 비교예 1과 같이 본 발명의 P 함량에 미치지 않는 경우에는 충분한 경량성을 확보할 수 없었다. 반면, 비교예 8은 P의 함량이 많은 경우로서, 경량성을 확보할 수 있으나, 과도한 Fe₃P의 형성으로 인해, Fe₃P가 기지조직으로 작용하여, 압연성이 열위함을 알 수 있다.

한편, 비교예 2, 4, 5 및 6는 압연온도가 본 발명의 범위보다 낮아, 압연시 파단이 발생하여 압연성이 열위에 있다. 반면, 비교예 3 및 7은 재가열온도를 너무 높게 설정하여 액상이 발생함으로써, 압연을 진행할 수 없는 문제가 발생하였다.

한편, 도 1 (a) 및 (b)는 각각 상기 발명예 3 및 비교예 8의 시편 사진으로써, 비교예 8은 깨진 형태를 나타내어 압연성이 열위에 있음을 확인할 수 있다.

Claims

중량%로, P: 3~10%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 준비하는 단계;
상기 강재를 1050℃ 이하로 재가열하는 단계; 및
상기 재가열된 강재를 (645+35×P)℃~재가열 온도의 범위에서 압연하는 단계
를 포함하는 열간 압연성이 우수한 고P 경량강의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 압연은 60% 이상의 압하율로 행하는 열간 압연성이 우수한 고P 경량강의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 재가열은 750℃ 이상으로 행하는 열간 압연성이 우수한 고P 경량강의 제조방법
청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 열간 압연성이 우수한 고P 경량강.
청구항 4에 있어서,
상기 고P 경량강은 밀도가 7.3~7.7g/㎤인 열간 압연성이 우수한 고P 경량강.
청구항 4에 있어서,
상기 고P 경량강은 페라이트 기지조직 Fe₃P 화합물이 61vol.% 이하로 포함되는 열간 압연성이 우수한 고P 경량강.