KR101736629B1 - 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강 및 그 제조방법 - Google Patents

열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.04~0.4%, Mn: 10~18%, Si: 0.02~0.5%, Al: 1.5% 이하, S: 0.05% 이하, P: 0.08% 이하, N: 0.001~0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강에 관한 것이다.

Description

열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강 및 그 제조방법{HIGH MANGANESE STEEL HAVING EXCELLENT RESISTANCE TO CRACK BY HOT ROLLING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차용 소재는 일반적으로 높은 강도와 우수한 성형성을 필요로 한다. 이러한 조건을 충족하기 위하여 종래에는 고탄소 고망간강 또는 알루미늄을 첨가한 고탄소 고망간강이 사용되어 왔다.
그러나, 상기 고탄소 고망간강 또는 알루미늄을 첨가한 고탄소 고망간강의 경우 높은 강도를 확보할 수는 있으나, 탄소는 탄화물 형성으로 인해 입계를 취화하여 성형성을 저감하는 원소이며, 알루미늄 또는 실리콘은 산화물 형성 경향이 고온에서 압연 시 크랙(crack)을 형성하는 원소이기 때문에 성형성 및 열간압연 크랙 저항성이 열위한 문제점이 있다.
따라서, 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강 및 그 제조방법에 관한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한국 공개특허공보 제10-2009-0070510호
본 발명의 일 측면은 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.04~0.4%, Mn: 10~18%, Si: 0.02~0.5%, Al: 1.5% 이하, S: 0.05% 이하, P: 0.08% 이하, N: 0.001~0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.04~0.4%, Mn: 10~18%, Si: 0.02~0.5%, Al: 1.5% 이하, S: 0.05% 이하, P: 0.08% 이하, N: 0.001~0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1100~1250℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 슬라브를 800~950℃로 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는단계;
상기 열연강판을 수냉하여 400~700℃에서 권취하는 단계;
상기 권취된 열연강판을 압하율 30~60%로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 및
상기 냉연강판을 650~900℃의 온도범위에서 연속 소둔하는 단계; 를 포함하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강의 제조방법에 관한 것이다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
본 발명에 의하면, 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로는 열간압연 크랙 저항성이 우수하여 열간압연시 강판의 엣지(edge) 부분에 크랙이 발생하지 않는 고망간강 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 발명예 1 내지 4의 엣지 부분을 촬영한 사진이다.
도 2는 비교예 3의 엣지 부분을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명자들은 알루미늄 첨가를 최소화하여 적층결함에너지를 낮게함으로써 변형 중 마르텐사이트를 형성하도록 하여 강도 및 연신율을 향상시키고, 실리콘, 알루미늄 및 탄소 함량을 최적화하여 제조 공정 중 산화물 및 탄화물의 형성을 방지함으로써 제조가 용이한 고망간강을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강은 중량%로, C: 0.04~0.4%, Mn: 10~18%, Si: 0.02~0.5%, Al: 1.5% 이하, S: 0.05% 이하, P: 0.08% 이하, N: 0.001~0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다.
C: 0.04~0.4%
C는 강의 강도확보를 위해 필요한 원소로서 0.04% 이상을 첨가한다. 하지만 C 함량이 0.4%를 초과하는 경우에는 탄화물이 석출되어 성형성을 저하시키며, 액상선 온도와 고상선 온도의 간격이 커져서 주조성이 열화되는 문제점이 있다. 또한, 오스테나이트의 안정도가 증가하고 적층결함에너지가 증가하여 변형 중 쌍정이 발생하며, 입실론마르텐사이트 형성이 억제되어 강도가 감소하는 문제점이 있다. 따라서, C 함량은 0.04~0.4%인 것이 바람직하다.
Mn: 10~18%
Mn은 오스테나이트 조직을 안정화시키는 역할을 하는 원소이다.
Mn 함량이 10% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하고, 마르텐사이트가 형성되어 연신율이 감소하는 문제점이 있다. 반면에 Mn 함량이 18% 초과인 경우에는 제조원가가 크게 증가하고, 공정상 열간압연 단계에서 가열 시 내부산화가 심하게 발생되어 표면품질이 나빠지는 문제가 발생하게 된다. 그리고 오스테나이트의 안정도가 지나치게 증가하여 마르텐사이트 형성이 억제되어 강도가 감소하는 문제점이 있다. 따라서, Mn 함량은 10~18%인 것이 바람직하다.
Al: 1.5% 이하
Al은 통산 탈산제로 사용되는 원소이다. 또한, Al은 고 Mn강의 적층결함에너지를 증가시켜 쌍정 또는 마르텐사이트의 형성에 크게 영향을 미치는 원소이다.
Al 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는 경우 입계에 산화물을 형성하여 고온연성을 감소시키고, 크랙 등을 유발하여 표면품질을 저하시키는 문제점이 있다. 반면에, 본 발명에서는 Al 함량이 가능한 낮을수록 유리하므로 Al 함량의 하한은 특별히 한정할 필요는 없다. 다만, Al 함량을 낮추기 위해 과도한 비용이 발생될 수 있으므로 Al 함량의 하한은 0.01% 일 수 있다.
Si: 0.02~0.5%
Si은 탈산제로 사용되어 필수 불가결하게 미량 첨가되는 원소이다. Si 은 과도하게 첨가되는 경우 입계에 산화물을 형성하여 고온연성을 감소시키고, 크랙 등을 유발하여 표면품질을 저하시키는 원소로 알려져 있다. 그러나 강 중에서 첨가 양을 줄이기 위해서는 과도한 비용이 발생되므로, 표면 품질을 저하시키지 않는 범위에서 0.02% 이상 첨가한다. Al과 비교하여 산화성이 높으므로 0.5%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화물을 형성하여 크랙 등을 유발하기 때문에 표면품질이 저하된다. 따라서, Si 함량은 0.02~0.5%인 것이 바람직하다.
S: 0.05% 이하
S는 불순물로서 가능한 낮게 제어하는 것이 유리하다. 개재물의 제어를 위하여 0.05% 이하로 제어될 필요성이 있다. 또한, S 함량이 0.05%를 초과하면 열간취성이 발생하는 문제점이 있다.
P: 0.08% 이하
P는 편석이 쉽게 발생되는 원소로 주조시 균열발생을 조장한다. 따라서 가능한 낮게 제어하는 것이 유리하다. 편석 및 균열을 방지하기 위하여 0.08% 이하로 제어되어야 한다. 또한, P 함량이 0.08%를 초과하면 주조성이 악화될 수 있다.
N: 0.001~0.05%
N는 오스테나이트 결정립내에서 응고과정에서 알루미늄과 작용하여 미세한 질화물을 석출시켜 쌍정발생을 촉진하므로 강판의 성형시 강도와 연성을 향상시키는 원소이다.
N 함량이 0.05% 초과인 경우에는 질화물이 과다하게 석출되어 열간가공성 및 연신율을 저하시키는 문제점이 있다. 반면에, N 함량을 0.001% 미만으로 하는 것은 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
이때, 본 발명의 고망간강은 V: 0.001~0.4% 및 B: 0.0005~0.005% 중 1 이상을 포함할 수 있다.
V: 0.001~0.4%
V은 강 내부의 질소와 반응하여 질화물을 침전시키고, 쌍정을 형성하는 성분으로 강도 및 성형성을 확보하기 위하여 첨가될 수 있다. 또한, V 는 석출상을 형성하여 강도를 증가시킨다.
상술한 효과를 얻기 위해서는 0.001% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 하지만, V 함량이 0.4%를 초과하는 경우에는 침전물이 과다하게 형성되어 냉간 압연시 미세 크랙이 형성될 수 있으며, 성형성 및 용접성이 악화될 수 있다. 따라서, V 함량은 0.001~0.4%인 것이 바람직하다.
B: 0.0005~0.005%
B는 미량 첨가되는 경우 주편의 입계를 강화하는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.0005% 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 과도하게 첨가되는 경우 비용이 증가하므로 그 상한을 0.005%로 제한한다.
한편, 본 발명의 고망간강은 미세조직인 면적분율로 오스테나이트를 80% 이상일 수 있다. 오스테나이트가 80면적% 미만인 경우에 연신율이 열위할 수 있다.
이때, 본 발명의 고망간강은 항복강도가 500MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상일 수 있다. 이와 같은 물성을 확보함으로써, 자동차용 소재로 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 고망간강은 표면에 아연도금층이 추가로 형성되어 있을 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면인 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강의 제조방법은 상술한 합금조성을 갖는 슬라브를 1100~1250℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 800~950℃로 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는단계; 상기 열연강판을 400~700℃에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 압하율 30~60%로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 및 상기 냉연강판을 650~900℃의 온도범위에서 연속 소둔하는 단계;를 포함한다.
슬라브 가열 단계
상술한 합금조성을 갖는 슬라브를 1100~1250℃로 가열한다.
가열온도가 너무 낮으면, 열간압연시 압연하중이 과도하게 걸릴 수 있기 때문에 1100℃ 이상의 온도에서 가열하는 것이 바람직하다. 가열온도가 높을수록 열간압연이 용이하지만, 본 강재와 같이 Mn 함량이 높은 강은 고온 가열시 내부산화가 심하게 발생되어 표면품질이 나빠지는 문제가 있으므로 1250℃ 이하로 가열하는 것이 바람직하다.
열간압연 단계
상기 가열된 슬라브를 800~950℃로 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는다.
열간압연 마무리 온도 역시 고온일수록 변형저항이 낮아서 압연이 용이하지만 압연온도가 높을수록 표면품질은 저하될 수 있기 때문에 950℃ 이하의 온도에서 마무리압연을 실시하는 것이 바람직하다. 반면에, 온도가 너무 낮으면 압연 중에 부하가 커지므로 열간압연 마무리 온도의 하한은 800℃인 것이 바람직하다.
권취 단계
상기 열연강판을 400~700℃에서 권취한다. 이때, 상기 열간압연 후 수냉하여 권취할 수 있다.
권취 이후의 냉각속도는 통상적으로 느린 경우가 많다. 권취 개시 온도가 낮으면 냉각을 위해 다량의 냉각수가 필요하고, 권취 시 하중이 크게 작용하여 권취 개시 온도는 400℃ 이상으로 한다. 고온이면 권취 후 냉각과정 중에 판 표면의 산화피막과 강판 기지조직과의 반응이 진행되어 산세성을 악화시키기 때문에 700℃ 이하의 온도에서 권취하여야 한다.
냉간압연 단계
상기 권취된 열연강판을 압하율 30~60%로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 다.
냉간압연 시 압하율은 일반적으로는 요구되는 제품의 두께에 따라 결정되지만, 본 강재의 경우에는 냉간압연 후 열처리 과정에서 재결정이 진행되기 때문에 재결정의 구동력을 잘 제어하는 것이 필요하다. 즉, 냉간압하율이 너무 낮으면 제품의 강도가 떨어지므로 30% 이상으로 하며, 압하율을 높게 하면 강도 확보에 유리하나 압연기의 부하가 증가하므로 이를 고려하여 압하율을 정한다.
소둔 단계
상기 냉연강판을 650~900℃의 온도범위에서 연속 소둔한다.
연속소둔은 재결정이 충분히 일어나는 650℃ 이상에서 실시하며, 소둔 온도가 너무 높은 경우에는 강판 표면에 산화물이 형성되고 연속 작업되는 전/후 연결제품과의 작업성이 나빠지므로 900℃ 이하로 제한한다.
한편, 본 발명의 고망간강의 제조방법은 상기 소둔된 냉연강판을 전기도금 또는 용융아연도금하여 아연도금층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 슬라브를 1150℃로 가열하고, 900℃로 마무리 열간압연한 후, 수냉하여 500℃에서 권취하였다. 이후 압하율 40%로 냉간압연하고, 750℃에서 연속 소둔하여 고망간강을 제조하였다.
이후 상기 고망간강의 항복강도, 인장강도 및 엣지 품질을 평가하여 하기 표 2에 기재하였다.
항복강도는 0.2% Off-set 조건으로 측정하였으며, 인장강도는 만능인장시험기로 측정하였다. 엣지 품질은 육안으로 확인하여, 강판의 엣지 부분에 크랙이 10% 이상 발생한 경우 불량으로 평가하고, 10% 미만인 경우 양호로 평가하였다.
하기 표 1의 각 원소 함량의 단위는 중량%이다.
구분 C Si Mn P S Al V B N
비교예1 0.03 0.06 19 0.01 0.0005 0.06 0 0 0.008
발명예1 0.08 0.04 15.2 0.01 0.0042 0.02 0 0 0.007
발명예2 0.08 0.09 15 0.01 0.0029 0.01 0.19 0 0.009
발명예3 0.08 0.03 15.2 0.01 0.0025 0.52 0.185 0.0018 0.008
발명예4 0.09 0.03 15.1 0.01 0.0005 1.03 0.196 0.0021 0.006
비교예2 0.08 0.00 15.3 0.01 0.003 1.56 0 0.0022 0.007
발명예5 0.08 0.22 15.1 0.01 0.0045 0 0 0 0.007
비교예3 0.08 0.54 15 0.01 0.004 0 0 0 0.006
비교예4 0.6 0.1 15 0 0.003 0.3 0 0.002 0.01
구분 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 엣지
품질
비교예1 443.82 943.03 양호
발명예1 533.7 1267.8 양호
발명예2 636.1 1304.1 양호
발명예3 624.6 1187.9 양호
발명예4 592.9 1210.6 양호
비교예2 486.7 1106.6 불량
발명예5 578.7 1297.4 양호
비교예3 617.5 1323.5 불량
비교예4 482.0 975.0 불량
발명예 1 내지 5는 본 발명의 제어조건을 모두 만족하여 항복강도가 500MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상이었으며, 엣지 품질이 양호하였다.
반면에, 본 발명의 합금조성의 범위를 벗어나는 비교예 1 내지 4는 항복강도, 인장강도 또는 엣지 품질이 열위한 것을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.04~0.09%, Mn: 10~18%, Si: 0.02~0.5%, Al: 1.5% 이하, S: 0.05% 이하, P: 0.08% 이하, N: 0.001~0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며,
    면적분율로 오스테나이트를 80% 이상 포함하고,
    항복강도가 500MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상인 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고망간강은 V: 0.001~0.4% 및 B: 0.0005~0.005% 중 1 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고망간강은 표면에 아연도금층이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강.
  6. 중량%로, C: 0.04~0.09%, Mn: 10~18%, Si: 0.02~0.5%, Al: 1.5% 이하, S: 0.05% 이하, P: 0.08% 이하, N: 0.006~0.009%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1100~1250℃로 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 800~950℃로 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는단계;
    상기 열연강판을 수냉하여 400~700℃에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 열연강판을 압하율 30~60%로 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 및
    상기 냉연강판을 650~900℃의 온도범위에서 연속 소둔하는 단계; 를 포함하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬라브는 V: 0.001~0.4% 및 B: 0.0005~0.005% 중 1 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 소둔된 냉연강판을 전기도금 또는 용융아연도금하여 아연도금층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연 크랙 저항성이 우수한 고망간강의 제조방법.
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