KR101736636B1 - 방진특성이 우수한 고Mn강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중량%로, C : 0.1%이하, Mn : 8~30%, P : 0.1%이하, S : 0.02%이하, N : 0.1%이하, Ti 0~1.0% 및 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 입실론 마르텐사이트와 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 오스테나이트의 평균 입경이 2μm이하인 고Mn강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

방진특성이 우수한 고Mn강판 및 그 제조방법{HIHG-Mn STEEL PLATE HAVING EXCELLENT DAMPING PROPERTY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 자동차용 또는 건축용 강판으로 제조되어 소음 저감을 위한 방진 특성이 필요한 곳에 사용될 수 있는 방진특성이 우수한 고Mn강판에 관한 것이다.
최근 자동차 제조 및 건축 자재에 있어서 소음 저감은 제조업체들이 반드시 해결해야 하는 이슈다. 자동차 제조업체의 경우, 크게 소음이 발생하는 엔진부, 오일펜등의 구성품에 우수한 기계적 특성과 함께 방진특성이 특히 요구된다. 건축자재의 경우 최근 층간 소음 규제의 강화로 인해 아파트를 포함한 복층건물의 바닥판으로서 방진강판의 개발이 요청된다.
고Mn 방진강은 외부 충격시 입실론 마르텐사이트의 계면 슬라이딩으로 인해 소음에너지를 열에너지로 전환되어 높은 방진특성 및 우수한 기계적 성질을 가지고 있는 강종으로 이와 같은 목적에 사용하기 적합하다.
대한민국 특허공개공보 2014-0119216 호 (2014.10.10)
본 발명은 방진특성이 우수한 고Mn강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 측면은 중량%로, C : 0.1%이하, Mn : 8~30%, P : 0.1%이하, S : 0.02%이하, N : 0.1%이하, Ti 0~1.0% 및 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 입실론 마르텐사이트와 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 오스테나이트의 평균 입경이 2μm이하인 방진특성이 우수한 고Mn강판에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 측면은 상기 조성범위를 만족하는 강판을 0.01~200℃/s의 승온속도로 Ac1~Ac3+50℃의 열처리 온도까지 가열하는 단계; 상기 열처리 온도에서 0.01초~24시간동안 유지하는 단계; 및 0.01℃/s 이상의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함하는 방진특성이 우수한 고Mn강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 방진특성이 우수한 고Mn강판을 제공할 수 있으므로, 소음제거가 필요한 자동차용 구조부품 및 건축자재 바닥재 등에 활용될 수 있다.
도 1은 600℃에서 열처리한 실시예와 700~1000℃에서 열처리한 비교예의 미세조직을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 제시 된 열처리의 딜라토미터 사이클을 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 및 비교예(4)에 대하여 마찰계수법으로 측정한 SDC(Specific Damping Capacity)결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 중량%로, C : 0.1%이하, Mn : 8~30%, P : 0.1%이하(0% 포함), S : 0.02%이하(0% 포함), N : 0.1%이하(0% 포함), Ti: 1.0%이하(0은 제외) 및 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 입실론 마르텐사이트와 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 오스테나이트의 평균 입경이 2μm이하인 방진특성이 우수한 고Mn강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본원발명에 따른 강판의 구체적인 강 조성 및 그 성분 제한사유는 아래와 같다.
C은 그 첨가량이 0.1%를 초과할 경우에는 탄화물이 과다하게 석출되어 열간가공성 및 연신율을 저하시키고, 방진능이 크게 감소하여 첨가량을 0.1% 이하로 제한한다.
Mn은 오스테나이트 조직을 안정하게 확보하는데 필수적인 원소이며, 적층결함 에너지를 높이는 원소로, 8% 미만에서는 성형성을 해치는 마르테사이트가 형성되어 강도는 증가하지만 연성이 급격히 감소한다. 그리고 적층결함 에너지가 저하하여 일부 형성된 오스테나이트도 입실론 마르텐사이트로 변태하기 용이하여 하한은 8%로 제한한다. 반면, Mn의 첨가량이 30%를 초과하는 경우에는 다량 망간에 의한 제조비용 증가와 강중 인(P)함량 증가로 슬라브 균열의 원인이 된다. 또한 Mn의 첨가량이 증가할수록 슬라브 재가열시 내부 입계산화가 지나치게 일어나 강판 표면에 산화물 결함을 유발시키고 용융아연 도금시 표면 특성도 열위하여 Mn 첨가량의 상한을 30%로 한정한다.
인(P)과 황(S)은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소이므로 그 함량은 인 (P)는 0.1% 이하(0% 포함), 황 (S)는 0.02% 이하(0% 포함)로 제한하는 것이 바람직하다. 특히 인은 편석이 일어나서 강의 가공성을 감소시키고, 황은 조대한 망간황화물(MnS)을 형성하여 플렌지크랙과 같은 결함을 발생시키고, 강판의 국멍확장성을 감소시키므로 그 첨가량을 최대한 억제 하여야 한다.
질소(N)는 제조 시 불가피하게 함유되는 원소이므로 그 첨가범위를 0.1% 이하(0% 포함)로 제한하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti)은 탄소와 결합하여 탄화물을 형성하는 강탄화물 형성원소로, 이때 형성된 탄화물은 결정입 성장을 막아 결정입도 미세화에 효과적인 원소이다. 그리고 보론과 복합첨가되는 경우 주상정 입계에서 고온 화합물을 형성하여 입계 크랙을 방지한다. 또한, C, N과 화합물을 형성하여 이들의 분율을 떨어뜨리는 스케빈징 (Scavenging) 효과를 가지고 있어 방진능 향상에 꼭 필요한 원소이다. 그러나 1.00%를 초과하면 과량의 티타늄이 결정입계에 편석하여 입계취를 일으키거나, 석출상이 과도하게 조대화되어 결정입 성장 효과를 떨어뜨리므로 티타늄의 첨가량은 1.0%이하로 한정한다.
본 발명의 다른 일측면에 따른 고Mn강은 추가적으로 중량%로 Si: 0~3%, Cr: 0.005%~5.0%, Ni: 0.005~2.0%, Nb: 0.005~0.5%, B: 0.0001~0.01%, V: 0.005~0.5% 및 W: 0.005~1% 중의 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
실리콘(Si)은 고용강화되는 원소로 고용효과에 의해 결정립도를 줄임으로써 항복강도를 증가시키는 원소로 강도 확보를 위해 필요하다. 그러나 실리콘의 첨가량이 증가하면 열간압연을 할 때 강판표면에 실리콘 산화물이 형성되어 산세성을 악화하여 강판의 표면품질을 악화하는 단점이 있다. 뿐만 아니라 다량의 실리콘 첨가는 강의 용접성을 크게 저하시킨다. 따라서 실리콘 첨가량의 상한은 3%로 제한할 수 있다.
Cr은 열연 혹은 소둔 조업시 외부 산소와 반응하여 강판 표면에 20~50㎛의 두께의 Cr계 산화막(Cr2O3)이 우선적으로 형성하여 강중에 포함된 Mn, Si등이 표층으로 용출되는 것을 방지하여 표층 조직의 안정화에 기여할 수 있고 도금표면특성을 향상시키는 원소로 작용할 수 있다.
그러나 0.005% 미만에서는 상기 효과가 미미하며 5.0% 초과시 크롬 탄화물을 형성하여 가공성과 내지연파괴 특성을 저하시키므로 그 함량의 상한은 5.0%로 제한할 수 있다.
Ni은 오스테나이트 안정화에 기여하여 연신율의 향상에 유리할 뿐만 아니라, 무엇보다도 고온연성에 효과적으로 기여할 수 있는 원소이다. 강력한 고온인성 향상원소인 Ni은 그 함량이 0.005%미만의 경우 고온인성에 대한 효과가 매우 미미하며 첨가함량이 증가할수록 내지연파괴 및 슬라브크랙 방지에도 큰 효과가 나타나지만 재료원가가 높아 생산비를 높이므로 그 함량은 0.005~2.0%로 제한할 수 있다.
Nb은 강중 탄소와 결합하여 탄화물을 형성하는 탄화물 형성 원소로서 본 발명에서는 강도 상승과 입도미세화를 목적으로 첨가할 수 있다. 통상적으로 Ti보다 낮은 온도에서 석출상을 형성하므로 결정립 크기의 미세화와 석출상 형성에 의한 석출 강화 효과가 큰 원소로서 0.005~0.5%를 첨가할 수 있다. 그러나 0.005% 미만의 첨가량에서는 그 효과가 미미하고, 반면 0.5%를 초과하여 첨가하면 과량의 Nb이 결정립계에 편석하여 입계 취화를 일으키거나, 석출상이 과도하게 조대화되어 결정립의 성장 효과를 떨어뜨리고, 열간압연 공정에서 재결정을 지연시켜 압연하중을 증가시키기 때문에 Nb의 첨가량은 0.005~0.5%로 한정할 수 있다.
V과 W은 Ti과 같이 C,N와 결합하여 탄질화물을 형성하는 원소로서 본 발명에서는 저온에서 미세한 석출상을 형성하므로 석출강화 효과가 있을 수 있고, 오스테나이트 확보에 중요한 원소일 수 있다. 그러나, 두 성분 모두 0.005% 미만으로 미량 첨가하는 경우 효과가 미미하고, 반면 V은 0.5%, W은 1.0% 초과하면 석출상이 과도하게 조대화되어 결정립 성장 효과를 떨어뜨리고 열간취성의 원인이 되기 때문에 그 첨가량을 V 0.005~0.5%, W 0.005~1% 로 한정할 수 있다.
보론(B)은 Ti와 같이 첨가되어 입계의 고온 화합물을 형성하여 입계 크랙을 방지할 수 있다. 그러나 0.0001% 이하로 미량 첨가하는 경우 효과가 없고, 0. 01%를 초과하면 보론 화합물을 형성하여 표면특성을 악화 시키므로 그 범위를 0.0001~0.01%로 한정할 수 있다.
이하, 본 발명의 방진특성이 우수한 고Mn강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명 고Mn강판의 제조방법에서는 상기 성분 및 성분범위를 갖고, 미세조직이 오스테나이트 주상으로 구성된 강을 0.01~200℃/s의 승온속도로 가열하여 Ac1~Ac3+50℃의 열처리 온도에서 0.01초~24시간 동안 유지한 후 0.01℃/s이상의 냉각속도로 상온까지 냉각한다.
상기 고Mn강판은 냉간압연강판 또는 열간압연강판일 수 있다.
상기 고Mn강판의 미세조직은 입실론 마르텐사이트와 오스테나이트로 이루어진다.
상기 가열단계에서 200℃/s를 초과하면 Ac1 및 Ac3 온도가 상향되어 본 발명 조건 범위에서 열처리를 하여도 미세조직의 평균입경이 2μm 초과하는 문제점이 있으므로 승온속도의 상한은 200℃/s로 한정한다. 승온속도 0.01℃/s 이하 조업시 상 불안정에 의해 조대 탄화물이 생길 수 있어 0.01℃/s 이상의 속도로 열처리 되어야 한다
상기 열처리를 Ac1 미만으로 수행하면 변태가 진행되지 않아 열처리 효과가 나타나지 않는 문제점이 있고, Ac3+50℃를 초과하면, 미세조직의 평균입경이 2um 초과하는 문제점이 있으므로 열처리 온도를 Ac1~Ac3+50℃로 한정한다.
상기 열처리 시간이 0.01초 미만으로 하면 재결정 및 회복 적용이 미미하게 적용되어 열처리의 효과가 나타나지 않으며, 24시간 초과하면 지나친 산화가 발생 되어 소지철이 삭아 없어지고 과도한 열처리 비용이 소모되는 공정적인 문제와, 평?입경이 목표보다 성장하는 미세조직 상의 문제점이 있다.
상기 냉각단계에서 0.01℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하면, 냉각 중에 미세조직의 평균입경이 커질 뿐 아니라 상 불안정에 의한 조대 탄화물이 생길 수 있는 문제점이 있으므로 냉각속도의 하한은 0.01℃/s로 한정한다. 냉각 속도의 상한은 없으며 빠를수록 입실론 마르텐사이트 확보 및 미세 평균입경의 확보에 유리하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
(실시예)
중량%로 C: 0.02%, Mn: 17%, N: 0.01, P: 0.008, S: 0.008%, Ti: 0.03% 및 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 냉간압연 강판을 5℃/s의 승온속도로 가열하여 하기 표 1과 같은 열처리온도에서 열처리 시간 동안 유지한 후, 5℃/s의 냉각속도로 상온까지 냉각하였다.
상기와 같이 열처리 및 냉각된 강판에 대하여 미세조직의 평균입경 및 입실론 마르텐사이트의 분율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.
구분 열처리 온도 (℃) 열처리 시간 (min) 입경 (μm) 입실론 마르텐사이트의 면적 분율 (%)
실시예 600 30 1.23 6.2
비교예 1 700 30 2.3 3
비교예 2 800 30 3.6 14.9
비교예 3 900 10 6.7 16.8
비교예 4 1000 30 6.7 34.6
상기 표 1 및 도 1에 개시한 바와 같이, 600℃에서 열처리한 실시예와 700~1000℃에서 열처리한 비교예(1-4)를 비교해보면, 열처리온도가 700℃인 비교예(1)은 600℃에서 열처리한 실시예 보다 입실론 마르텐사이트의 면적 분율이 적고, 입경도 크게 나타남을 알 수 있다.
또한, 열처리온도가 각각 800, 900 및 1000℃인 비교예(2-4)의 입실론 마르텐사이트의 면적 분율은 600℃에서 열처리한 실시예보다 크게 나타났으나, 600℃에서 열처리한 실시예의 입경은 700~1000℃에서 열처리한 비교예(2-4)의 입경 보다 작게 나타났다.
한편, 본 발명에 따라 600℃에서 열처리한 실시예는 미세조직의 평균입경이 2μm이하임을 알 수 있다.
도 2는 도 1에 제시 된 열처리의 딜라토미터 사이클을 나타낸 도면이다.
도2를 통해 Ac1과 Ac3를 확인할 수 있으며 실시예는 Ac3 + 30℃ 에서 열처리 한 결과이다.
도 3은 600℃에서 열처리한 실시예와 1000℃에서 열처리한 비교예(4)에 대하여 마찰계수법으로 측정하였다. SDC(Specific Damping Capacity)를 측정한 결과를 나타낸다.
여기서 SDC는 감쇠능(물체가 진동을 흡수하는 성질)을 의미한다.
도 1 과 도 3을 참조하면, 600℃에서 열처리한 실시예에 의한 미세조직을 갖는 방진강의 상온 SDC 값이 비교예(4)에 의한 방진강에 비해 2.5배 높은 값을 가짐을 알 수 있다. 즉 600℃에서 열처리한 실시예의 SDC 값은 0.00025이고, 1000℃에서 열처리한 비교예(4)의 SDC 값은 0.0001로 측정되었다.
600℃에서 열처리한 실시예의 입실론 마르텐사이트 면적 분율이 상대적으로 낮지만, 입경이 작으므로 조직이 미세하고 균일하게 분포되어 잔류 전위(dislocation)와 계면이 입실론 마르텐사이트와 함께 외부 충격이 가해졌을 때 에너지를 열에너지로 전환하는 비율을 높여 댐핑 성능 향상에 기여하기 때문에 방진특성이 우수하다.
일반적으로 상온 SDC 값이 0.00015 이상이면 방진특성이 우수하다고 할 수 있다.
상기 결과를 종합해 보면, 본 발명에 따라 열처리를 하는 경우, 2μm이하의 평균입경을 확보함으로써 우수한 방진특성을 확보될 수 있음을 알 수 있다.
비교예의 경우 700℃에서 열처리한 비교예를 제외하고는 입실론 마르텐사이트 면적 분율이 실시예 대비 높으나 미세조직의 평균입경이 크므로 방진성능이 열위하다.

Claims (6)

  1. 중량%로, C : 0.1%이하(0은 제외), Mn : 8~30%, P : 0.1%이하, S : 0.02%이하, N : 0.1%이하, Ti 0~1.0%(0은 제외) 및 Fe와 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 입실론 마르텐사이트와 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 오스테나이트의 평균 입경이 2μm이하이며, 상온 SDC 값이 0.00015 이상인 것을 특징으로 하는 고Mn강판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 강판은 추가적으로 중량%로 Si: 0~3%, Cr: 0.005%~5.0%, Ni: 0.005~2.0%, Nb: 0.005~0.5%, B: 0.0001~0.01%, V: 0.005~0.5% 및 W: 0.005~1% 중의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방진특성이 우수한 고Mn강판.
  3. 삭제
  4. 중량%로, C: 0.1%이하(0은 제외), Mn : 8~30%, P : 0.1%이하, S : 0.02%이하, N : 0.1%이하, Ti 0~1.0%(0은 제외) 및 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 고Mn강판을
    0.01~200℃/s 승온속도로 Ac1~600℃의 열처리 온도까지 가열하는 단계; 상기 열처리 온도에서 0.01초~24시간 동안 유지하는 단계; 및
    0.01℃/s 이상의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함하고, 미세조직은 입실론 마르텐사이트와 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 오스테나이트의 평균 입경이 2μm이하이며, 상온 SDC 값이 0.00015 이상인 것을 특징으로 하는 방진특성이 우수한 고Mn강판의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 강판은 추가적으로 중량%로 Si: 0~3%, Cr: 0.005%~5.0%, Ni: 0.005~2.0%, Nb: 0.005~0.5%, B: 0.0001~0.01%, V: 0.005~0.5% 및 W: 0.005~1% 중의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방진특성이 우수한 고Mn강판의 제조방법.

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