KR101543848B1

KR101543848B1 - 강도 및 연성이 우수한 열연강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 열연강판

Info

Publication number: KR101543848B1
Application number: KR1020130109748A
Authority: KR
Inventors: 박경수; 서동우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-08-11
Also published as: KR20150030466A

Abstract

본 발명은 강도 및 연성이 우수한 열연강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 열연강판에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.25~0.45%, Si: 0.5~2.5%, Mn: 0.5~3.0%, P: 0.05중량%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 재가열한 뒤, 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 300~500℃의 권취온도까지 수냉한 뒤 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 200~450℃의 서냉정지온도까지 서냉하는 단계; 및 상기 서냉된 열연강판을 상온까지 냉각하는 단계를 포함하며, 하기 관계식 1은 65,000 ~ 330,000의 범위를 만족하는 강도 및 연성이 우수한 열연강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열연강판을 제공한다.
(단, 상기 권취온도는 서냉정지온도보다 높은 온도임.)
[관계식 1] = (권취온도-마르텐사이트 생성 온도)² / (2×서냉속도)
본 발명에 따르면, 고가의 합금원소를 첨가하지 않더라도 강도와 연신율의 곱이 20,000MPa%이상으로서 매우 우수한 강도와 연성을 갖는 강판을 제공할 수 있다.

Description

강도 및 연성이 우수한 열연강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 열연강판{METHOD FOR MANUFACTURING HOT ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT STRENGTH AND DUCTILITY AND HOT ROLLED STEEL SHEET BY PRODUCED THE SAME}

본 발명은 강도 및 연성이 우수한 열연강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 열연강판에 관한 것이다.

강도 및 연성을 향상시키기 위해서, 특허문헌 1의 DP(Dual Phase)강이나 특허문헌 2의 TRIP(Transformation Induced Plasticity)강과 같이 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 조직의 분율을 제어하거나, 특허문헌 3의 Mn이나 Ni 등의 합금원소 등을 활용하여 잔류 오스테나이트 분율을 제어하는 기술이 있었다.

그러나, DP강이나 TRIP강의 경우에는 강도와 연신율의 곱이 15,000~20,000MPa% 정도에 불과하며, Mn이나 Ni 등을 활용한 강들은 강도와 연신율의 곱은 우수하나 다량의 합금원소로 인한 가격 상승의 문제점이 있다.

한편, 강도와 연성을 향상시키기 위하여, 열연강판을 제조한 이후에 후속 열처리를 행하는 기술이 있었으나, 이 경우에는 원가 상승의 문제점을 가지고 있다.

한국 등록특허공보 제0782785호 한국 등록특허공보 제0270395호 한국 등록특허공보 제1054773호

본 발명은 합금조성과 권취 후 냉각조건을 제어하여 강도 및 연성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.25~0.45%, Si: 0.5~2.5%, Mn: 0.5~3.0%, P: 0.05중량%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 재가열한 뒤, 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 300~500℃의 권취온도까지 수냉한 뒤 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 200~450℃의 서냉정지온도까지 서냉하는 단계; 및 상기 서냉된 열연강판을 상온까지 냉각하는 단계를 포함하며, 하기 관계식 1은 65,000 ~ 330,000의 범위를 만족하는 강도 및 연성이 우수한 열연강판의 제조방법을 제공한다.

(단, 상기 권취온도는 서냉정지온도보다 높은 온도임.)

[관계식 1] = (권취온도-마르텐사이트 생성 온도)² / (2×서냉속도)

본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.25~0.45%, Si: 0.5~2.5%, Mn: 0.5~3.0%, P: 0.05중량%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 부피 분율로 잔류 오스테나이트가 10~30%, 베이나이트가 70~90%인 미세조직을 포함하고, 상기 잔류 오스테나이트는 5㎛이하의 결정립 크기를 갖는 것이 80%이상인 강도 및 연성이 우수한 열연강판을 제공한다.

본 발명에 따르면, 고가의 합금원소를 첨가하지 않더라도 강도와 연신율의 곱이 20,000MPa%이상으로서 매우 우수한 강도와 연성을 갖는 강판을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

C: 0.25~0.45중량%

탄소(C)는 베이나이트의 탄화물량과 오스테나이트의 분율을 결정하는 성분이다. 만약 탄소(C)를 0.25%미만으로 함유할 경우, 베이나이트의 강도가 낮아지거나 오스테나이트의 분율 및 안정성이 낮아지는 원인이 된다. 탄소(C)를 0.45%를 초과하여 함유할 경우 베이나이트의 변태 속도가 매우 느려지거나 최종 제품의 용접성을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 상기 탄소(C)는 0.25~0.45%의 범위로 함유하는 것이 바람직하다.

Si: 0.5~2.5중량%

규소(Si)는 강도를 향상시킬 뿐 아니라 상변태 중 탄화물의 형성을 억제하는 효과가 있다. 상기 효과를 위해서는 0.5%이상의 규소(Si)을 함유할 필요가 있다. 그러나 규소(Si)의 함량이 2.5%를 초과하는 경우에는 인성이 저하되거나 압연성이 저하되는 원인이 된다. 따라서 상기 규소(Si)는 0.5~2.5%의 범위로 함유하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.5~3.0중량%

망간(Mn)은 강도를 향상시키며 오스테나이트를 안정화시켜 잔류 오스테나이트의 분율을 높이는 효과가 있다. 상기 효과를 위해서는 0.5%이상의 망간(Mn)을 함유할 필요가 있다. 그러나 망간(Mn)의 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는 오스테나이트 분율이 지나치게 높아지거나 합금원소의 가격이 상승하는 원인이 된다. 따라서 상기 망간(Mn)은 0.5~3.0% 범위로 함유하는 것이 바람직하다.

P: 0.05중량%이하

인(P)은 강 제조 중에 유입되는 불순물로, 그 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는 결정립계에 편석되어 연성을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 상기 P는 0.05%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

전술한 합금조성을 갖는 강재를 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 방법으로 재가열한 뒤, 열간압연하여 열연강판을 얻는다. 상기 열간압연은 마무리 열간압연온도가 Ar3 온도 이상인 오스테나이트 영역에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 마무리 열간압연온도가 Ar3 온도 미만일 경우에는 초석 페라이트가 형성되어 최종 조직의 강도나 연성이 저하되는 문제점이 있다.

이후, 상기 열연강판을 300~500℃의 권취온도까지 수냉한 뒤 권취한다. 상기 권취온도가 300℃ 미만일 경우에는 저온 조직이 형성될 수 있고, 500℃를 초과하는 경우에는 고온 조직이 형성되거나 높은 온도에서 상변태가 급속도로 일어나 강도를 저하시키는 원인이 되므로, 상기 권취온도는 300~500℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 한편, 상기 수냉 도중에는 오스테나이트가 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 등으로 변태하는 양이 10%미만인 것이 바람직하다. 즉, 상기 수냉을 하는 동안에는 가능한 상변태를 하지 않는 것이 바람직한데, 이는 고온 변태 조직에 의해 강도가 저하될 수 있기 때문이다. 이를 위해, 상기 수냉은 수냉각대(Run Out Table, ROT)에서 제어냉각으로 행하여지는 것이 바람직하며, 10℃/s이상의 냉각속도로 행하여지는 것이 바람직하다. 상기 수냉 속도가 10℃/s미만일 경우에는 냉각도중에 상변태가 일어나 고온 변태 조직이 형성되어 강도가 저하되는 단점이 있을 수 있다. 이와 같이 수냉 속도를 제어함으로써 수냉 중 상변태가 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하다. 다만, 공정상의 불가피성을 이유로 상변태가 10%미만의 범위로 일어날 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 냉각속도가 빠를수록 바람직하므로, 그 상한에 대해서 특별히 한정하지 않는다.

이어서, 상기 권취된 열연강판을 200~450℃의 서냉정지온도까지 서냉한다. 상기 서냉정지온도가 200℃미만일 경우에는 변태 시간이 오래 걸리는 단점이 있을 수 있으며, 450℃를 초과하는 경우에는 베이나이트 변태가 충분히 일어나지 못하거나 잔류 오스테나이트 분율이 지나치게 낮아져 충분한 강도 및 연성을 확보하기 곤란할 수 있다. 이 때, 상기 서냉은 0.2℃/s이하의 냉각속도로 행하여지는 것이 바람직한데, 상기 서냉속도가 0.2℃/s를 초과하는 경우에는 베이나이트 변태가 충분히 일어나지 못하고, 마르텐사이트가 생성되어 연성을 저하시키게 된다. 상기 서냉을 거친 강판은 베이나이트로의 상변태율이 70%이상인 것이 바람직하다. 상기 상변태율이 70%미만일 경우에는 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하거나 잔류 오스테나이트 분율이 지나치게 높아져 우수한 강도 및 연성 확보에 불리할 수 있다.

한편, 상기 권취온도 및 서냉속도는 하기와 같이 표현되는 관계식 1이 65,000 ~ 330,000의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 관계식 1의 조건이 65,000 미만일 경우에는 마르텐사이트 생성온도 대비 권취온도가 낮고, 상대적으로 서냉속도는 빨라, 낮은 온도에서의 변태량이 많아져 연신율이 낮아지게 된다. 상기 관계식 1의 조건이 330,000을 초과하는 경우에는 마르텐사이트 생성온도 대비 권취온도가 높고 상대적으로 서냉속도는 느려, 높은 온도에서의 변태량이 많아져 강도가 낮아지게 되는 단점이 있다.

상기와 같이 권취온도 및 서냉속도와 관련된 관계식 도출 및 적정 제어를 통해 베이나이트의 변태가 적절한 온도에서 시작되도록 하고, 온도가 낮아짐에 따라 순차적으로 베이나이트 변태가 이루어지도록 함으로써 강도와 연신율의 조합이 뛰어한 베이나이트를 형성하고, 오스테나이트 분율도 적절하게 확보함으로써 강도 및 연신율이 모두 우수한 열연강판을 제조할 수 있다.

이후, 상기와 같이 서냉된 열연강판을 상온까지 냉각함으로써 부피 분율로 잔류 오스테나이트가 10~30%, 베이나이트가 70~90%인 미세조직을 가지는 열연강판을 제조할 수 있다. 상기 잔류 오스테나이트가 10%미만일 경우에는 연성이 저하되는 원인이 된다. 다만, 30%를 초과하는 경우에는 잔류 오스테나이트의 분율이 지나치게 높아 강도를 크게 저하시킬 수 있으므로, 상기 잔류 오스테나이트는 10~30%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 잔류 오스테나이트는 5㎛이하의 결정립 크기를 갖는 것이 80%이상인 것이 바람직한데, 80%미만일 경우에는 오스테나이트 안정성이 저하되어 강도와 연성이 저하되는 원인이 되기 때문이다. 상기 5㎛이하의 결정립 크기를 갖는 잔류 오스테나이트는 가능한 높은 분율을 가질수록 바람직하므로, 그 상한에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 상기 베이나이트가 70%미만일 경우에는 강도와 연성의 곱이 낮아지는 원인이 된다. 다만, 상기 베이나이트가 90%를 초과하는 경우에는 오스테나이트의 분율이 낮아 연성이 저하될 수 있으므로, 상기 베이나이트는 70~90%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제공되는 본 발명의 열연강판은 고가의 합금원소의 첨가없이도 인장강도와 연신율의 곱이 20,000MPa%이상으로서 기존의 DP강이나 TRIP강에 비하여 매우 우수한 강도와 연성을 갖는다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지는 않는다.

(실시예)

하기 표 1의 합금조성을 갖는 강 슬라브를 1200℃로 재가열한 뒤, Ar3온도 이상으로 열연압연하고, 하기 표 2의 조건을 통해 열연강판을 제조하였다. 이와 같이 얻어진 강판에 대하여 미세조직과 강도 및 연신율을 측정한 뒤, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.

강종No.	합금조성(중량%)
강종No.	C	Mn	Si	P
강종1	0.306	2.00	1.50	0.010
강종2	0.410	2.04	1.50	0.010

구분	강종No.	수냉속도 (℃/s)	권취온도 (℃)	서냉속도 (℃/s)	서냉정지온도 (℃)	마르텐사이트 생성 온도(℃)	관계식 1
발명예1	강종1	20	400	0.02	250	332	115,600
비교예1	강종1	20	400	0.05	250	332	46,240
비교예2	강종1	20	400	0.1	250	332	23,120
비교예3	강종1	20	450	0.02	250	332	348,100
발명예2	강종1	20	450	0.05	250	332	139,240
발명예3	강종1	20	450	0.1	250	332	69,620
발명예4	강종2	20	400	0.02	250	287	319,225
발명예5	강종2	20	400	0.05	250	287	127,690
비교예4	강종2	20	400	0.1	250	287	63,845
비교예5	강종2	20	450	0.02	250	287	664,225
발명예6	강종2	20	450	0.05	250	287	265,690
1) 마르텐사이트 생성 온도 = 539 - 423C - 30.4Mn - 11Si 2) 관계식 1 = (권취온도-마르텐사이트 생성 온도)² / (2×서냉속도)

구분	미세조직			인장강도 (MPa)	연신율 (%)	인장강도× 연신율 (MPa%)
구분	γ 분율 (부피%)	B 분율 (부피%)	결정립 크기가 5㎛이하인 γ분율(%)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)	인장강도× 연신율 (MPa%)
발명예1	10	90	84	1175	17.4	20,445
비교예1	9	91	88	1227	11.6	14,233
비교예2	6	88	90	1280	12.1	15,488
비교예3	14	86	76	1150	15.9	18,285
발명예2	17	83	81	1170	21.8	25,506
발명예3	14	86	85	1179	23.2	27,353
발명예4	22	78	81	1267	27.2	34,462
발명예5	15	85	85	1422	17.7	25,169
비교예4	11	84	87	1621	11.0	17,831
비교예5	26	74	77	1274	13.6	17,326
발명예6	26	74	82	1319	18.6	24,533
단, γ는 잔류 오스테나이트, B는 베이나이트임.

본 발명이 제안하는 합금조성과 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 6의 경우에는 적정 분율의 미세 오스테나이트와 베이나이트를 확보함으로써 인장강도×연신율의 곱이 20,000MPa%이상의 높은 수준임을 알 수 있다.

그러나, 비교예 1의 경우에는 본 발명이 제안하는 관계식이 65,000미만이여서, 오스테나이트를 적정 분율 확보하지 못함으로써 연신율이 낮은 값을 보이고, 결국 인장강도×연신율의 곱이 낮은 수준임을 알 수 있다.

비교예 2 및 4의 경우에는 본 발명이 제안하는 관계식이 65,000미만일 뿐만 아니라 상대적으로 빠른 서냉속도에 의해 마르텐사이트가 형성되어 강도는 높으나 연신율이 낮아 인장강도×연신율의 곱 또한 낮은 수준임을 알 수 있다.

비교예 3 및 5의 경우에는 본 발명이 제안하는 관계식이 330,000를 초과하여 미세 오스테나이트를 80%이상 확보하지 못하여 연신율 대비 인장강도가 낮아 인장강도×연신율의 곱이 낮은 수준임을 알 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.25~0.45%, Si: 0.5~2.5%, Mn: 0.5~3.0%, P: 0.05중량%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 재가열한 뒤, 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
상기 열연강판을 300~500℃의 권취온도까지 수냉한 뒤 권취하는 단계;
상기 권취된 열연강판을 200~450℃의 서냉정지온도까지 서냉하는 단계; 및
상기 서냉된 열연강판을 상온까지 냉각하는 단계를 포함하며,
상기 냉각된 열연강판은 부피 분율로 잔류 오스테나이트가 10~30%, 베이나이트가 70~90%인 미세조직을 포함하고, 상기 잔류 오스테나이트는 5㎛이하의 결정립 크기를 갖는 것이 80%이상이며,
하기 관계식 1은 65,000 ~ 330,000의 범위를 만족하는 강도 및 연성이 우수한 열연강판의 제조방법.
(단, 상기 권취온도는 서냉정지온도보다 높은 온도임.)
[관계식 1] = (권취온도-마르텐사이트 생성 온도)² / (2×서냉속도)
청구항 1에 있어서,
상기 수냉은 10℃/s이상의 냉각속도로 행하여지는 강도 및 연성이 우수한 열연강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 서냉은 0.2℃/s이하의 냉각속도로 행하여지는 강도 및 연성이 우수한 열연강판의 제조방법.
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