KR101615040B1 - 고탄소 열연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

경도와 연신율이 우수한 고탄소 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고탄소 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C)：0.80~0.90％, 실리콘(Si)：0.1~0.3％, 망간(Mn)：0.2~0.6％, 인(P)：0.03％ 이하, 황(S)：0.02％ 이하, 크롬(Cr)：0.3~1.0% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 750~880℃의 압연 종료 온도 조건으로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 720~740℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.

Description

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

본 발명은 고탄소 열연강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연성이 우수한 고탄소 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

고탄소강은 가격이 저렴하고, 열처리에 의한 재질 제어가 용이하다는 장점 때문에 자동차, 기계 부품 등 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있다.

일반적으로 열연 강판은 다음과 같은 과정으로 제조된다. 우선, 슬라브 판재를 가열로에 장입 후, 일정 시간의 숙열기간을 거치게 된다. 가열로에서 추출된 슬라브는 조압연 및 마무리 압연 조건의 조절을 통해, 오스테나이트의 결정립 크기를 조절 한 후, 냉각대를 거치는 동안 펄라이트로 상변태 되어 원하는 미세조직 및 재질을 만족하게 된다.

하지만, 고탄소 열연강판의 경우, 탄소함량이 증가됨에 따라 강판의 강도가 상승되고 연성이 하락하게 된다. 따라서 열연 강판의 연성을 증대시키기 위해 조압연 및 마무리 압연 온도를 상승시키는 연구들이 이루어져 왔으나, 압연 온도의 상승은 표면의 스케일을 야기하는 단점이 있어 적용이 쉽지 않다.

본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2014-0041279호(2014.04.04. 공개)에 개시된 고탄소강 제조 방법이 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 제어 및 공정 제어를 통하여 강도 및 연신율이 우수한 고탄소 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고탄소 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C)：0.80~0.90％, 실리콘(Si)：0.1~0.3％, 망간(Mn)：0.2~0.6％, 인(P)：0.03％ 이하, 황(S)：0.02％ 이하, 크롬(Cr)：0.3~1.0% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 750~880℃의 압연 종료 온도 조건으로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 720~740℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 권취된 판재를 Ac1-100℃ ~ Ac1에서 구상화소둔하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각은 50℃/sec 이상의 평균냉각속도로 수행될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고탄소 열연강판은 중량%로, 탄소(C)：0.80~0.90％, 실리콘(Si)：0.1~0.3％, 망간(Mn)：0.2~0.6％, 인(P)：0.03％ 이하, 황(S)：0.02％ 이하, 크롬(Cr)：0.3~1.0% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도 550MPa 이상 및 연신율 30% 이상을 나타내는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고탄소 열연강판은, 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.

또한, 상기 고탄소 열연강판은, 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 미세조직에 구상화 조직이 형성되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, 합금성분 조절과 더불어, 압연 종료 온도 및 권취온도 제어를 통하여 강도 및 연신율 모두 우수한 고탄소 열연강판을 제조할 수 있다.

도 1은 압연 종료 온도 및 권취 온도에 따른 각 시편들의 인장강도를 나타낸 것이다.
도 2는 압연 종료 온도 및 권취 온도에 따른 각 시편들의 연신율을 나타낸 것이다.
도 3은 압연 종료 온도 880℃, 권취온도 730℃ 조건으로 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 4는 압연 종료 온도 800℃, 권취온도 730℃ 조건으로 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 5는 압연 종료 온도 750℃, 권취온도 730℃ 조건으로 제조된 시편의 미세조직을 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 고탄소 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

고탄소 열연강판

본 발명에 따른 고탄소 열연강판은 중량%로, 탄소(C)：0.80~0.90％, 실리콘(Si)：0.1~0.3％, 망간(Mn)：0.2~0.6％, 인(P)：0.03％ 이하, 황(S)：0.02％ 이하, 크롬(Cr)：0.3~1.0%를 포함한다.

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

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

탄소(C)

탄소(C)는 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다.

탄소는 강판 전체 중량의 0.80~0.90중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.80중량% 미만일 경우 충분한 강도 확보가 어렵다. 반대로, 탄소의 첨가량이 0.90중량%를 초과하는 경우, 30% 이상의 연신율 확보가 어렵다.

실리콘(Si)

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

상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0.1~0.3중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘 첨가량이 0.1중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘의 함량이 0.3중량%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 원소이다. 또한 망간은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 망간은 강판 전체 중량의 0.2~0.6중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간 첨가량이 0.2중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 0.6중량%를 초과하면 용접성 및 가공성을 저하시킬 수 있다.

인(P)

인(P)은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 된다.

이에, 본 발명에서는 상기 인의 함량을 강판 전체 중량의 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 황의 함량을 강판 전체 중량의 0.02중량% 이하로 제한하였다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 오스테나이트 안정화 및 강도 향상에 기여한다.

상기 크롬은 강판 전체 중량의 0.3~1.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

크롬 첨가량이 0.3중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로,크롬의 첨가량이 1.0중량%를 초과하는 경우, 중심 편석 발생, 인성, 연성 저하 등이 문제시 될 수 있다.

본 발명에 따른 고탄소 강판은 전술한 합금조성과 함께 후술하는 공정 제어를 통하여, 인장강도 550MPa 이상 및 연신율 30% 이상을 나타낼 수 있다.

미세조직 측면에서, 본 발명에 따른 고탄소 강판은 페라이트와 펄라이트를 포함하는 미세조직을 나타낼 수 있다. 추가로 구상화소둔을 수행할 경우, 페라이트와 펄라이트 조직에 구상화 조직이 더 형성될 수 있다.

고탄소 열연강판 제조 방법

본 발명에 따른 고탄소 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계, 열간압연 단계 및 권취 단계를 포함한다. 권취 이후에는 구상화소둔을 더 수행할 수 있다.

슬라브 재가열 단계에서는 전술한 합금 조성을 갖는 반제품 상태의 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 대략 1~3시간정도 재가열하여, 주조시 편석된 성분의 재고용하고, 석출물을 용해시킨다. 슬라브 재가열 온도가 1150℃ 미만이면 압연 부하가 증가하고, 1250℃를 초과하면 결정립 조대화로 인하여 강판 물성이 저하될 수 있다.

다음으로, 열간압연 단계에서는 재가열된 슬라브 판재를 정해진 압하율로 열간압연한다.

열간압연은 750~880℃의 압연 종료 온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다. 압연 종료 온도가 750℃ 미만일 경우, 이상립 압연에 의한 혼립조직이 다량 발생하여 강의 물성이 저하될 수 있다. 반대로, 압연 종료 온도가 880℃를 초과하는 경우, 견고한 표면 스케일 발생으로 인하여 강판의 표면 품질이 저하될 수 있다.

다음으로, 권취 단계에서는 열간압연된 판재를 냉각하여 720~740℃에서 권취한다.

냉각은 공냉, 수냉 모두 가능하나, 결정립 성장을 최대한 억제할 수 있도록 50℃/sec 이상의 평균냉각속도의 수냉 방식으로 수행되는 것이 보다 바람직하다.

후술하는 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 합금 조성을 갖는 강판의 경우, 권취온도 730℃ 부근에서 압연 종료 온도에 관계없이 강도 및 연성이 우수하였는 바, 본 발명에서는 권취온도를 720~740℃로 제한하였다.

구상화 소둔이 수행될 경우, 이는 권취된 판재를 열처리로에 투입하여 Ac1-100℃ ~ Ac1로 가열하고 대략 5~20시간동안 유지하는 방법으로 수행될 수 있다. 구상화소둔 온도가 Ac1 온도를 초과하는 경우, 오스테나이트 변태에 의해 구상화소둔후 원하지 않은 상변태가 발생할 수 있다. 반대로, 구상화소둔 온도가 Ac1-100℃ 미만일 경우 구상화 조직 형성이 불충분할 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. 시편의 제조

중량%로, 탄소(C)：0.85％, 실리콘(Si)：0.2％, 망간(Mn)：0.4％, 인(P)：0.015％, 황(S)：0.005％, 크롬(Cr)：0.5% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 잉곳을 제조한 후, 이를 1200℃에서 2시간동안 재가열하고, 다양한 압연 종료 온도(880℃, 800℃, 750℃) 조건으로 열간압연하고, 50℃/sec의 평균냉각속도로 냉각하여 다양한 권취온도(730℃, 700℃, 670℃)에서 권취하였다.

2. 물성평가

도 1은 압연 종료 온도 및 권취 온도에 따른 각 시편들의 인장강도를 나타낸 것이고, 도 2는 압연 종료 온도 및 권취 온도에 따른 각 시편들의 연신율을 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 권취 온도가 하락함에 따라 인장강도는 대체적으로 상승하였으나, 연신율은 저하되는 결과를 나타내었다. 그러나, 730℃의 권취온도에서는 모든 범위의 압연 종료 온도에서 30% 이상의 연신율을 나타내었다.

이는 730℃의 높은 권취 온도를 적용할 경우, 초석상이 생성되는 온도영역이 매우 좁아 초석상의 형성으로 인한 연신율의 감소는 나타나지 않는 것으로 볼 수 있다.

도 3은 압연 종료 온도 880℃, 권취온도 730℃ 조건으로 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이고, 도 4는 압연 종료 온도 800℃, 권취온도 730℃ 조건으로 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 5는 압연 종료 온도 750℃, 권취온도 730℃ 조건으로 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 권취온도가 730℃인 경우 모든 압연 종료 온도 조건에서 유사한 미세조직, 즉 펄라이트를 주상으로 하고 페라이트가 일부 포함되어 있는 미세조직을 형성함으로써, 강도 및 연성이 우수한 강판을 제조할 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)：0.80~0.90％, 실리콘(Si)：0.1~0.3％, 망간(Mn)：0.2~0.6％, 인(P)：0.03％ 이하, 황(S)：0.02％ 이하, 크롬(Cr)：0.3~1.0% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계;
   상기 재가열된 판재를 750~880℃의 압연 종료 온도 조건으로 열간압연하는 단계; 및
   상기 열간압연된 판재를 냉각하여 730~740℃에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄소 열연강판 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 권취된 판재를 Ac1-100℃ ~ Ac1에서 구상화소둔하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄소 열연강판 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각은 50℃/sec 이상의 평균냉각속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 고탄소 열연강판 제조 방법.
   
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