KR101615033B1 - 열연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내마모성이 우수한 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.3~2.5%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 보론(B) : 0.002~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1100~1300℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 마무리 압연 온도 725~775℃ 조건으로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여, 500~600℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열연강판 및 그 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 열연강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내마모성이 우수한 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열연강판의 경우, 제어압연으로 얻을 수 있는 결정립 크기의 한계는 5㎛ 수준으로 알려져 있다. 따라서 서브마이크론(submicron)의 초미세립 페라이트 결정립 구조를 얻기 위해서는 변형률이 1.0~1.5에 이르는 강가공을 적용해야만 한다.

열연강판의 강가공 기술은 다음의 세가지로 구별할 수 있다.

첫째로는 과냉한 오스테나이트를 강가공하는 방법이고, 둘째는 오스테나이트와 페라이트 2상 영역에서 강가공하는 방법이다. 마지막으로는 페라이트와 세멘타이트 2상 영역에서 강가공하는 방법이다.

따라서, 강가공을 실시하지 않으면서 초미세립 결정립을 형성할 수 있는 기술이 요구된다.

본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2002-0061670호(2002.07.25. 공개)에 개시된 ECAP법을 이용한 초미세립 탄소강의 제조방법이 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 제어 및 공정 제어를 통하여 내마모성이 우수한 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.3~2.5%, 인(P) : 0 초과 0.03% 이하, 황(S) : 0 초과 0.01% 이하, 보론(B) : 0.002~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1100~1300℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 마무리 압연 온도 725~775℃ 조건으로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여, 500~600℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열간압연은 오스테나이트 재결정 영역에서 수행되는 조압연과, 오스테나이트 미재결정 영역에서 수행되는 사상압연으로 이루어지고, 상기 사상압연은 6개 이상의 압연분쇄 패스에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각은 30~40℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.3~2.5%, 인(P) : 0 초과 0.03% 이하, 황(S) : 0 초과 0.01% 이하, 보론(B) : 0.002~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 비커스 경도로 Hv 350 이상의 경도를 나타내는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열연강판은 미세조직이 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 열연강판은 페라이트가 면적률로 15~20% 포함되고, 펄라이트가 15~25% 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, 망간, 보론 등의 합금성분 조절 및 열간압연 등의 공정 제어를 통하여 고경도의 내마모성이 우수한 열연강판을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 열연강판의 경우, 미세조직이 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직으로 형성될 수 있으며, 열간압연시 동적 변태 거동을 유발하여 초기 오스테나이트 입계면적 증대로 핵생성 자리 증대를 조장함으로써 초 미세립 펄라이트 콜로니와 페라이트의 미세화를 달성할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 열연강판은 자동차 부품, 라인 파이프 등의 소재로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

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 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

열연강판

본 발명에 따른 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.3~2.5%, 인(P) : 0 초과 0.03% 이하, 황(S) : 0 초과 0.01% 이하 및 보론(B) : 0.002~0.005%를 포함한다.

상기의 성분들 외에 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다.

본 발명은 중탄소강을 대상으로 하며, 이에 따라, 탄소는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.2~0.3중량%로 첨가될 수 있다.

실리콘(Si)

실리콘은 탈산제로 작용하며, 또한, 페라이트 안정화 원소로서 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는데 효과적이다.

상기 실리콘은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.1~0.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 0.1중량% 미만일 경우 상기 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘의 함량이 0.5중량%를 초과할 경우 강의 용접성을 저해할 수 있으며, 열간압연 시에 적 스케일(red scales)을 생성시킴으로써 표면 품질을 저하시킬 수 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 철(Fe)과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화 에 매우 효과적인 원소이며, 특히 망간은 강의 경도 향상에 크게 기여한다.

상기 망간은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 1.3~2.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 1.3중량% 미만일 경우 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로 망간의 첨가량이 2.5중량%를 초과하면 용접성 및 가공성을 저하시킬 수 있다.

인(P)

인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 포함될 수 있다. 그러나, 인은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 된다.

이에, 본 발명에서는 상기 인의 함량을 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0 초과 0.03중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다.

이에, 본 발명에서는 상기 황(S)의 함량을 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0 초과 0.01중량% 이하로 제한하였다.

보론(B)

본 발명에서 보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 강판의 내마모성 향상에 크게 기여한다.

상기 크롬은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.002~0.005중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬의 첨가량이 0.002중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 첨가량이 0.005중량%를 초과하는 경우, 강의 인성이 크게 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 열연강판은 상기 합금성분 및 후술하는 공정 조건에 의하여, 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직을 가질 수 있으며, 이때, 펄라이트의 콜로니(colony) 및 라멜라(lamella) 간격이 각각 1㎛ 이하를 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 열연강판은 페라이트가 면적률로 15~20% 포함되고, 펄라이트가 15~25% 포함될 수 있다. 나머지는 베이나이트로 형성될 수 있으며, 일부 마르텐사이트가 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열연강판은 기계적 특성 측면에서, 비커스 경도로 Hv 350 이상의 경도를 나타낼 수 있다.

열연강판 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120) 및 냉각/권취 단계(S130)를 포함한다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 전술한 조성을 갖는 슬라브 판재를 재가열한다. 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 용해가 발생할 수 있으며, 강이 균질화될 수 있다.

슬라브 판재의 재가열은 1100~1300℃에서 대략 1~4시간동안 실시되는 것이 바람직하다. 슬라브 재가열이 1100℃ 미만에서 실시되는 경우 주조시 편석된 성분의 재고용 등과 같은 효과가 불충분하다. 반대로, 슬라브 재가열이 1300℃를 초과하는 경우 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 미세 조직이 조대화되는 문제점이 있다.

열간압연

열간압연 단계(S120)에서는 슬라브 판재를 열간압연한다.

이때, 열간압연의 마무리 압연온도(Finishing Delivery Temperature; FDT)는 725~775℃인 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도가 775℃를 초과할 경우 펄라이트 콜로니와 라멜라 간격의 초미세화가 어렵다. 반면, 마무리 압연 온도가 725℃ 미만일 경우, 압하 부하 증가, 에지부 혼립 조직 발생 등의 문제점이 발생할 수 있다.

한편, 열간압연은 오스테나이트 재결정 영역에서 수행되는 조압연과, 오스테나이트 미재결정 영역에서 수행되는 사상압연으로 이루어질 수 있다. 이때, 사상압연은 6개 이상의 압연분쇄 패스에서 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 6개 이상의 압연분쇄 패스를 적용하여 사상압연한 결과, 동적변태 거동을 통해 입자미세화 효과를 얻을 수 있다.

냉각/권취

냉각/권취 단계(S120)에서는 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 500~600℃까지 냉각하여 권취한다.

본 발명에서 냉각 과정은 압연된 판재를 수냉 등의 방식을 통하여 500~600℃까지 냉각함으로써, 강판의 결정립 성장을 억제하여 미세한 페라이트 결정립을 가지는 기지 조직을 형성시키고, 또한 콜로니와 라멜라 간격이 초미세화된 펄라이트 조직을 형성시킴으로써 표면 경도를 향상시킨다.

냉각은 30~40℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 평균냉각속도가 30℃/sec 미만일 경우, 결정립 성장으로 인하여 미세한 결정립을 확보하기 어렵다. 반대로, 냉각속도가 40℃/sec를 초과하는 경우, 강의 연성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에서 권취 온도(CT)는 냉각 종료 온도에 해당하는 500~600℃인 것이 바람직하다. 권취 온도가 600℃를 초과할 경우, 결정립이 조대하게 생성되고 또한 상변태시 고온상인 페라이트가 다량 생성되어, 경도가 불충분하다. 반대로, 권취 온도가 500℃ 미만일 경우 마르텐사이트와 같은 저온상이 다량 형성되어 강의 연성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에서는 응력유기변태 거동을 이용하여 초기 오스테나이트 입계 면적 증대로 펄라이트 핵생성 자리의 증대를 통한 펄라이트 콜로니와 라멜라 간격이 미세화된 펄라이트를 포함하여, 비커스 경도(Hv) 350 이상의 내마모성이 우수한 열연강판을 제조할 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. 열연강판의 제조

표 1에 기재된 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 1180℃에서 2시간동안 재가열한 후, 750℃의 마무리압연온도 조건으로 압연(사상압연시 6개 패스 이용)한 후, 30℃/sec의 평균냉각속도로 550℃까지 냉각한 후, 권취하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

2. 물성 평가

시편 1~3에 대하여 비커스 경도를 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1을 참조하면, 망간 및 보론의 첨가량이 본 발명에서 제시한 범위 내에 있는 시편 2~3의 경우, 비커스 경도(Hv)가 350 이상을 나타내었다. 또한, 시편 2와 시편 3을 비교하면, 망간의 함량이 증가할수록 비커스 경도(Hv)가 더 높아지는 것을 볼 수 있다.

그러나, 망간 및 보론의 첨가량이 불충분한 시편 1의 경우, 비커스 경도(Hv)가 상대적으로 낮게 나타났다.

이를 통해, 동적 변태에 의한 페라이트 미세화와 망간 및 보론과 같은 합금원소 첨가가 강의 내마모성 향상에 크게 기여함을 알 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.

Claims (6)

1. 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.3~2.5%, 인(P) : 0 초과 0.03% 이하, 황(S) : 0 초과 0.01% 이하, 보론(B) : 0.002~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1100~1300℃로 재가열하는 단계;
   상기 재가열된 판재를 마무리 압연 온도 725~775℃ 조건으로 열간압연하는 단계; 및
   상기 열간압연된 판재를 냉각하여, 500~600℃에서 권취하는 단계;를 포함하고,
   미세조직이 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열간압연은
   오스테나이트 재결정 영역에서 수행되는 조압연과, 오스테나이트 미재결정 영역에서 수행되는 사상압연으로 이루어지고,
   상기 사상압연은 6개 이상의 압연분쇄 패스에서 수행되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각은
   30~40℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
   
4. 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.3%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.3~2.5%, 인(P) : 0 초과 0.03% 이하, 황(S) : 0 초과 0.01% 이하, 보론(B) : 0.002~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
   비커스 경도로 Hv 350 이상의 경도를 나타내고,
   미세조직이 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 복합조직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열연강판.
   
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   상기 열연강판은 페라이트가 면적률로 15~20% 포함되고, 펄라이트가 15~25% 포함되는 것을 특징으로 하는 열연강판.

Images