KR101586962B1 - 고강도 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

고강도 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

강도 및 연성이 우수한 경량 고강도 강판 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 고강도 강판은 중량%로, 망간(Mn) : 10.0~15.0%, 알루미늄(Al) : 6.0~9.0%, 크롬(Cr) : 0.5~2.0%, 탄소(C) : 0.8~1.6%, 바나듐(V) : 0.02~0.1%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.02%, 질소(N) : 0.001~0.01%를 포함하며, 나머지가 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브로부터 열연강판을 제조한 후, 환원 분위기에서 850~950℃에서 30분~1시간 열처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 강판 및 그 제조 방법 {HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 및 고연성을 갖는 저비중의 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
지구온난화와 그에 따른 기후 변화에 따른 환경 재해의 문제는 오늘날 날로 심각해지고 있다. 지구온난화의 주요원인 중의 하나는 화석연료의 사용에 따른 이산화탄소의 발생과 그에 따른 대기오염의문제이다. 이산화탄소 발생의 주요 원인 중의 하나는 자동차의 배기가스에 있다. 이에 따라 유럽과 미국을 비롯한 선진국에서는 자동차 연비 규제 법안을 마련하고, 또한 연비 규제를 날로 강화하고 있다.
자동차의 연비 향상을 위한 최선의 방책은 자동차의 중량을 감소시켜 경량화하는 것이다. 이러한 목적으로 철강업계에서는 고강도-고연성의 특성을 향상시키고자 많은 연구를 수행하고 있다. 나아가 최근에는 고강도-고연성 특성과 더불어 저비중을 보이는 고강도-고연성 경량강판에 대한 필요성이 높아지고 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0071618호(2006.06.27. 공개)에 개시되어 있는 내마모성 및 내충격성이 우수한 고망간강 및 이의 제조 방법이 있다.
본 발명의 목적은 고강도 및 고연성이면서, 경량화에 기여할 수 있는 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 망간(Mn) : 10.0~15.0%, 알루미늄(Al) : 6.0~9.0%, 크롬(Cr) : 0.5~2.0%, 탄소(C) : 0.8~1.6%, 바나듐(V) : 0.02~0.1%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.02%, 질소(N) : 0.001~0.01%를 포함하며, 나머지가 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브로부터 열연강판을 제조한 후, 환원 분위기에서 850~950℃에서 30분~1시간 열처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리 후, 400℃ 이하의 온도까지 10℃/sec 이상의 평균냉각속도로 냉각할 수 있다.
또한, 제조되는 고강도 강판이, 오스테나이트 및 평균입경이 10~500nm인 미세 k-카바이드((Fe,Mn)3AlC)를 포함하는 복합조직을 가지며, 인장강도 1000MPa 이상 및 연신율 50% 이상을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 냉각 후, 냉간압연하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 망간(Mn) : 10.0~15.0%, 알루미늄(Al) : 6.0~9.0%, 크롬(Cr) : 0.5~2.0%, 탄소(C) : 0.8~1.6%, 질소(N) : 0.001~0.01%를 포함하고, TiAl 입자 0.1~0.5%를 더 포함하며, 나머지가 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브로부터 열연강판을 제조한 후, 환원 분위기에서 850~950℃에서 30분~1시간 열처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리 후, 400℃ 이하의 온도까지 10℃/sec 이상의 평균냉각속도로 냉각할 수 있다.
또한, 제조되는 고강도 강판이, 오스테나이트 및 평균입경이 10~500nm인 미세 k-카바이드((Fe,Mn)3AlC)를 포함하는 복합조직을 가지며, 인장강도 1000MPa 이상 및 연신율 50% 이상을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 냉각 후, 냉간압연하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법의 경우, 망간(Mn)이 20중량% 이상 함유된 일반적인 고망간강에 비하여 현저히 낮은 망간 함유량을 나타내어, 강 제조 비용을 낮출 수 있으며, 제강 과정에서 생산성 감소 문제를 해결할 수 있으며, 또한 기계가공이 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법의 경우, 크롬(Cr)이 0.5~2.0중량% 포함되고, 바나듐, 몰리브덴, 바나듐 등 혹은 TiAl 입자가 적정량 첨가됨으로써, 오스테나이트 안정성 향상과 함께 k-카바이드의 조대화를 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 고강도 냉연강판은 오스테나이트와 나노급의 미세 k-카바이드를 포함하는 복합조직을 가질 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법의 경우, 열연 공정 이후 환원 분위기 하에서 850~950℃에서 열처리 공정을 수행한 결과 50% 이상의 우수한 연성을 나타낼 수 있었다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
고강도 강판
본 발명에 따른 고강도 강판은 중량%로, 망간(Mn) : 10.0~15.0%, 알루미늄(Al) : 6.0~9.0%, 크롬(Cr) : 0.5~2.0%, 탄소(C) : 0.8~1.6%, 질소(N) : 0.001~0.01%를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 중량%로, 아래 i) 또는 ii) 중 하나 이상의 성분을 더 포함한다.
i) 바나듐(V) : 0.02~0.1%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.02%
ii) TiAl 입자 0.1~0.5%
상기 성분들 외 나머지는 철(Fe)과, 인(P), 황(S)과 같이 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화에 기여한다. 또한, 망간은 적층결함에너지를 증가시키는 원소이다. 특히, 망간은 격자상수를 증가시켜 밀도를 저하시킴으로써 강재 비중을 낮추는 역할을 한다.
상기 망간은 강판 전체 중량의 10.0~15.0중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 11.0~13.0중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 망간의 함량이 10.0중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하며, 특히 800℃ 이하의 온도에서 오스테나이트 상이 불안정해질 수 있다. 반대로, 망간의 함량이 15.0중량%를 초과하는 경우, 제조 비용 상승과 함께 제강 공정에서 생산성 저하 및 기계가공성 저하 등을 가져올 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 저비중 원소로서, 강의 밀도를 낮춤으로써 경량화에 기여한다.
상기 알루미늄은 강판 전체 중량의 6.0~9.0중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 연주성을 고려할 때 6.0~7.5중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 알루미늄의 함량이 6.0중량% 미만일 경우, 강의 밀도를 7.1g/cm3 이하로 유지하기 어렵다. 반대로, 알루미늄의 함량이 9.0중량%를 초과하는 경우, 조대한 k-카바이드 형성에 의하여 연신율을 저해시킬 수 있다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 k-카바이드를 안정화시켜 k-카바이드 조대화를 억제하며, 초석 페라이트 형성을 억제한다.
상기 크롬은 강판 전체 중량의 0.5~2.0중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 1.0~2.0중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 크롬의 함량이 0.5중량% 미만일 경우, k-카바이드 조대화 억제 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 함량이 2.0중량%를 초과하는 경우, Cr계 탄화물을 형성하여 강의 기계적 특성을 저하시킬 수 있다.
탄소(C)
탄소(C)는 오스테나이트를 안정화하고, 강도를 높이기 위하여 첨가된다.
상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.8~1.6중량%로 포함되는 것이 바람직하고, k-카바이드 조대화 방지 측면에서 1.0~1.2중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 탄소의 함량이 0.8중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 탄소의 함량이 1.6중량%를 초과하는 경우, 조대한 k-카바이드 석출에 의해 강판의 연신율을 저하시킬 수 있다.
질소(N)
질소(N)는 오스테나이트 안정화에 기여하며, 탄질화물 형성에 의해 강도 향상에도 기여한다.
상기 질소는 강판 전체 중량의 0.001~0.01%로 함유되는 것이 바람직하다. 질소의 함량이 0.001중량% 미만일 경우, 상기 효과 발휘가 어렵다. 반대로, 질소의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우, 조대한 AlN을 형성하여 노즐막힘 등의 문제점을 유발할 수 있다.
바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo)
바나듐(V)은 바나듐계 탄질화물을 형성하여 강도 향상에 기여한다. 상기 바나듐은 강판 전체 중량의 0.02~0.1중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 바나듐의 첨가량이 0.02중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 바나듐의 첨가량이 0.1중량%를 초과하는 경우, 슬라브 크랙을 유발하고 압연성을 저해하는 문제점이 있다.
니오븀(Nb) 역시, 바나듐과 함께 석출물을 형성하여 강도 향상에 크게 기여한다. 상기 니오븀은 강판 전체 중량의 0.005~0.015중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 첨가량이 0.005중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니오븀의 첨가량이 0.2중량%를 초과하는 경우, 연주성을 저해하며, 강판의 항복비가 지나치게 높아질 수 있다.
몰리브덴(Mo)은 오스테나이트 안정화에 기여하고, 강도 및 인성 향상에 유효한 원소이다. 상기 몰리브덴은 강판 전체 중량의 0.005~0.02중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴의 첨가량이 0.005중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 몰리브덴의 첨가량이 0.02중량%를 초과하는 경우, 제조되는 냉연강판의 연성을 저하시키는 문제점이 있다.
한편, 연주성, 압연성을 고려할 때, 상기 니오븀(Nb), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)은 그 전체 첨가량이 0.12중량% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
TiAl 입자
TiAl 입자는 본 발명에 따른 강판의 분산 강화에 기여한다.
상기 TiAl 입자는 평균입경이 대략 10~100nm인 것을 이용할 수 있다. TiAl 입자 첨가에 의해 고온에서의 크리프 특성, 화학적 안정성 향상으로 용융점을 상승시킬 수 있으며, TiAl의 경우, 저비중(밀도 4.0g/cm3)과 높은 열저항성을 나타내는 특징이 있다.
상기 TiAl 입자는 강판 전체 중량의 0.1~0.5중량%로 포함되는 것이 바람직하고, TiAl 조대화 방지 측면에서 0.2~0.3중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다. TiAl 입자의 함량이 0.1중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, TiAl 입자의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우, 취성이 증가할 수 있다.
상기의 성분을 갖는 본 발명에 따른 고강도 강판의 경우, 후술하는 공정 제어를 통하여 오스테나이트 및 평균입경이 10~500nm인 미세 k-카바이드((Fe,Mn)3AlC)를 포함하는 복합조직을 가질 수 있다. 상기 복합조직에는 페라이트가 면적률로 대략 0.5~5% 정도 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 상기와 같은 합금성분을 통하여 오스테나이트 및 미세 k-카바이드((Fe,Mn)3AlC)를 포함하는 복합조직을 형성하고, 아울러 열연공정 후 환원분위기 하에서 850~950℃에서 열처리 과정을 수행함으로서 1000MPa 이상의 인장강도와 함께 50% 이상의 매우 높은 연신율을 나타낼 수 있다.
고강도 강판 제조 방법
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 열연강판을 제조한 후, 환원분위기 하에서 850~950℃에서 30분~1시간동안 열처리를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
열연공정은 전술한 성분을 갖는 반제품 상태의 강 슬라브 Ar3 이상의 마무리압연온도 조건으로 열간압연한 후, 대략 5~50℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 300~700℃에서 권취하여 열연강판을 제조하는 방법을 제시할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 공지된 다양한 방법이 이용될 수 있다.
본 발명의 열처리는 냉간압연 이전에 수행하는 열처리로서, 수소 분위기와 같은 환원 분위기 하에서 850~950℃에서 30분~1시간동안 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 850℃ 미만이거나, 열처리 시간이 30분 미만인 경우 50% 이상의 연신율 확보가 어렵다. 반면, 열처리 온도가 950℃를 초과하거나, 열처리 시간이 1시간을 경과할 경우, 인장강도가 1000MPa 미만으로 낮아질 수 있다.
열처리 후에는 400℃ 이하, 보다 바람직하게는 150~250℃의 온도까지 10℃/sec 이상, 보다 바람직하게는 40~50℃/sec의 평균냉각속도로 냉각할 수 있다. 냉각종료온도가 400℃를 초과하거나 냉각속도가 10℃를 초과하는 경우, 강도가 저하될 수 있다.
냉각 후에는 냉간압연하는 과정을 더 포함할 수 있으며, 필요에서 따라서는 냉간압연 후 소둔열처리 과정을 더 수행할 수 있다.
실시예
1. 강 시편 제조
표 1 및 표 2에 기재된 합금조성을 포함하는 잉곳 상태의 강 시편을 마련하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure 112014126500913-pat00001
[표 2] (단위 : 중량%)
Figure 112014126500913-pat00002

상기 잉곳 상태의 강 시편들을 1200℃에서 2시간동안 재가열하고, 마무리압연온도 900℃ 조건으로 열간압연한 후, 600℃까지 30℃/sec로 냉각한 후, 상온까지 공냉하였다. 이후, 표 3에 기재된 조건으로 40분동안 열처리를 수행하고, 50℃/sec의 평균냉각속도로 200℃까지 냉각한 후 상온까지 공냉하여, 강 시편 1~12를 제조하였다.
2. 물성 평가
제조된 시편 1~12에 대하여 아래 방법과 같이 기계적 특성을 측정하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
- 인장시험을 위하여, ASTM E8 규격으로 인장시편을 가공하였다. 인장시험은 상온에서 cross-head 속도 0.5mm/min으로 수행하였다. 이 속도는 초기 변형율 3.3 x 10-4s-1에 해당한다.
[표 3]
Figure 112014126500913-pat00003
표 3을 참조하면, 본 발명의 합금 조성 및 열처리 조건을 만족하는 시편 9 및 시편 12의 경우, 1000MPa 이상의 인장강도와 더불어 50% 이상의 연신율을 나타내었다.
그러나, 합금 조성 혹은 열처리 조건을 만족하지 못하는 시편 1~8, 10~11의 경우, 연신율이 50%에 미치지 못하였다.
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.

Claims (8)

  1. 중량%로, 망간(Mn) : 10.0~15.0%, 알루미늄(Al) : 6.0~9.0%, 크롬(Cr) : 0.5~2.0%, 탄소(C) : 0.8~1.6%, 바나듐(V) : 0.02~0.1%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.02%, 질소(N) : 0.001~0.01%를 포함하며, 나머지가 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브로부터 열연강판을 제조한 후, 환원 분위기에서 850~950℃에서 30분~1시간 열처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 후, 400℃ 이하의 온도까지 10℃/sec 이상의 평균냉각속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    제조되는 고강도 강판이, 오스테나이트 및 평균입경이 10~500nm인 미세 k-카바이드((Fe,Mn)3AlC)를 포함하는 복합조직을 가지며, 인장강도 1000MPa 이상 및 연신율 50% 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 후, 냉간압연하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  5. 중량%로, 망간(Mn) : 10.0~15.0%, 알루미늄(Al) : 6.0~9.0%, 크롬(Cr) : 0.5~2.0%, 탄소(C) : 0.8~1.6%, 질소(N) : 0.001~0.01%를 포함하고, TiAl 입자 0.1~0.5%를 더 포함하며, 나머지가 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강 슬라브로부터 열연강판을 제조한 후, 환원 분위기에서 850~950℃에서 30분~1시간 열처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열처리 후, 400℃ 이하의 온도까지 10℃/sec 이상의 평균냉각속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제조되는 고강도 강판이, 오스테나이트 및 평균입경이 10~500nm인 미세 k-카바이드((Fe,Mn)3AlC)를 포함하는 복합조직을 가지며, 인장강도 1000MPa 이상 및 연신율 50% 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉각 후, 냉간압연하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009287114A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Posco 耐リジング性に優れた低比重高強度鋼板、低比重高強度メッキ鋼板及びこれらの製造方法
KR20120065464A (ko) * 2010-12-13 2012-06-21 주식회사 포스코 항복비 및 연성이 우수한 오스테나이트계 경량 고강도 강판 및 그의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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