KR101849760B1 - 고탄소 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

고탄소 강판 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고탄소 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 고탄소 강판 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 고탄소 강판은 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직을 포함하며, 상기 고탄소 강판 전체 미세조직 100부피%에 대해, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직의 부피 분율의 합은 0 내지 20부피%인 것인 고탄소 강판을 제공한다.

Description

고탄소 강판 및 이의 제조방법{HIGH CARBON STEEL SHEET AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 일 구현예는 고탄소 강판 및 이의 제조방법 에 관한 것이다.
자동차에 대한 안전기준이 강화됨에 따라 스프링의 내구성 증가에 대한 요구도 높아지고 있다. 스프링의 내구성 향상을 위해서는 스프링용 박강판 소재의 고강도화가 필요하다. 이러한 스프링강의 고강도화 추세에 부응하여, 기존의 스프링강에 비해 항복 강도 및 압연성 등이 향상된 재료가 절실히 요구되는 실정이다.
종래 기술에서는 펄라이트 조직으로 구성된 스프링용 박강판을 사용해왔으나, 펄라이트 조직은 냉간 압연에는 유리하지만 가공경화로 인한 경도 향상에 한계가 있다.
이를 해결하기 위해, 특허문헌 1과 같이, 펄라이트 조직을 미세화하고 상부 베이나이트 조직의 형성을 억제하는 방법이 있다. 다만, 항온변태온도 범위는 펄라이트와 상부 베이나이트의 혼합조직의 영역으로 상부 베이나이트의 형성을 억제할 수 있는 방안이 언급되어 있지 않다.
또한, 기지조직을 경화조직인 하부 베이나이트 또는 템퍼드 마르텐사이트를 이용하는 방법이 고안되었다. 그러나 상기 기지조직으로는 압연성이 부족하여 압연 도중 크랙이 발생하거나 파단이 일어나는 문제가 있었다. 따라서, 스프링 제조를 위해 필수적인 고압하의 냉간 압연 등을 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 특허문헌 2와 같이 항온변태를 통한 상부 베이나이트를 적극 이용하는 방법이 고안되었다. 이를 통해 고강도 판스트립의 제조가 가능하나, 조업 시 판파단과 같은 불량의 발생으로 실수율이 낮고, 펄라이트 조직에 비해 냉간 압하율 낮은 문제가 있다. 아울러, 스프링의 내구성 편차가 커서, 엄격한 내구성이 요구되는 고품위 안전벨트 스프링강에 부적합하다.
이에 본 발명의 일 구현예에서는 안전벨트 스프링용 강판을 제조함에 있어서, 고강도 및 내구성이 동시에 우수한 강판을 제공하기 위해 다음과 같은 방법을 고안하였다. 보다 구체적으로, 냉간 압연성 및 스프링의 내구성을 저하시키고, 강판의 물성 편차를 야기하는 상부 베이나이트 조직의 생성을 억제하는 방법을 통해, 고강도의 고탄소 강판 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
특허문헌 1: JP1995-136144, NISSHIN STEEL CO LTD 특허문헌 2: KR2006-0134943, 포스코
고탄소 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예인 고탄소 강판은, 상기 고탄소 강판 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 고탄소 강판은 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직을 포함할 수 있고, 상기 고탄소 강판 전체 미세조직 100부피%에 대해, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직의 부피 분율의 합은 0 내지 20부피%일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고탄소 강판의 전체 미세조직 100부피%에 대해, 3 내지 19부피%의 분절된 펄라이트 조직, 0.3부피% 이하의 상부 베이나이트 조직, 잔부 미세 펄라이트 조직 및 초석 페라이트 조직을 포함할 수 있다.
상기 분절된 펄라이트 조직(Degenerated Pearlite)은 시멘타이트 조직의 길이가 1㎛ 이하인 조직일 수 있다.
상기 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격은 0.05 내지 0.1㎛일 수 있다.
상기 고탄소 강판은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
A=1/λ2-2(DP% + 50UB%)>100----------식 (1)
이때, 상기 λ는 펄라이트 조직의 라멜라 간격을 의미하고, 상기 DP%는 분절된 펄라이트 조직의 부피 분율을 의미하며, 상기 UB%는 상부 베이나이트 조직의 부피 분율을 의미한다.
상기 고탄소 강판의 인장강도는 2300MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예인 고탄소 강판의 제조방법은, 상기 고탄소 강판 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연 강판을 준비하는 단계; 상기 열연 강판을 소둔하는 단계; 상기 소둔된 열연 강판을 1차 냉간 압연하는 단계; 상기 1차 냉간 압연된 강판을 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계; 및 상기 항온 열처리된 강판을 2차 냉간 압연하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계;에 의해, 항온 변태가 발생하고, 상기 항온 변태 온도는 Tc-10℃ 내지 Tc+10℃일 수 있다.
Tc=686.8-193.1[C]+102.4[C]2-31.2[Mn]-4.6[Si]-32.4[Cr]-340.3[Mn][Cr]-식 (2)
단, 상기 [C], [Mn], [Si], [Cr]는 각 원소의 중량%를 의미한다.
상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계; 는, 상기 재가열된 강판을 항온 변태 온도까지 냉각하는 단계; 및 상기 항온 변태 온도까지 냉각된 강판을 항온 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 재가열된 강판을 항온 변태 온도까지 냉각하는 단계;는, 30 내지 200℃/초 속도로 냉각할 수 있다.
상기 항온 변태 온도까지 냉각된 강판을 항온 열처리하는 단계;는, 60초 내지 90초 동안 항온 열처리할 수 있다.
상기 항온 열처리된 강판을 2차 냉간 압연하는 단계;는, 상온 내지 120℃에서 2차 냉간 압연할 수 있다.
상기 1차 냉간 압연된 강판을 재가열하는 단계;는, 800 내지 1100℃ 온도 범위에서 재가열할 수 있다. 보다 구체적으로, 1분 내지 10분 동안 재가열할 수 있다.
상기 고탄소 강판은 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직을 포함할 수 있고, 상기 고탄소 강판 전체 미세조직 100부피%에 대해, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직의 부피 분율의 합은 0 내지 20부피%일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고탄소 강판의 전체 미세조직 100부피%에 대해, 3 내지 19부피%의 분절된 펄라이트 조직, 0.3부피% 이하의 상부 베이나이트 조직, 잔부 미세 펄라이트 조직 및 초석 페라이트 조직을 포함할 수 있다.
상기 분절된 펄라이트 조직은 시멘타이트 조직의 길이가 1㎛ 이하일 수 있다.
상기 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격은 0.05 내지 0.1㎛일 수 있다.
상기 고탄소 강판은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
A=1/λ2-2(DP% + 50UB%)>100----------식 (1)
단, 상기 λ는 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격을 의미하고, 상기 DP%는 분절된 펄라이트 조직의 부피 분율을 의미하며, 상기 UB%는 상부 베이나이트 조직의 부피 분율을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 강판의 성분 및 조성에 따른 항온 변태 온도를 제어하여 상부 베이나이트의 형성을 억제할 수 있다. 이에 따라, 냉간 압연 시, 크랙이 발생하지 않으므로 생산성이 우수할 수 있다.
아울러, 미세 펄라이트 조직의 강판을 제공함으로써, 고강도의 내구성이 우수한 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 미세조직을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 2는 비교예 2의 미세조직을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 항온 변태 온도 및 냉각 거동을 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 식 (2) 값과 인장 강도와의 관계를 그래프로 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 구현예인 고탄소 강판은 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.
이하, 고탄소 강판의 성분 및 조성을 한정한 이유를 설명한다.
탄소는 강도 확보를 위해 필수적인 원소이다. 따라서, 탄소가 너무 적게 포함될 경우, 충분한 강도를 확보하기 어렵다. 반면, 탄소가 너무 많이 포함될 경우에는 잔류 오스테나이트의 형성이 용이할 수 있고, 냉간 압연 시 응력 유기 변태에 의한 균열 발생 가능성이 높을 수 있다. 뿐만 아니라, 강판의 인성 및 피로 특성이 열화될 수 있다.
규소는 펄라이트 기지에서 고용 강화 역할을 통해 강도를 향상시키는 원소이다. 따라서, 규소의 함량이 증가할수록 강판의 강도 및 영구 변형 저항성이 커지는 특성이 있다. 다만, 규소가 너무 많이 포함될 경우, 냉간 압연성이 열위해질 수 있다. 뿐만 아니라, 열처리 시 탈탄 가능성이 커지며, 강재 표면에 스케일 결함의 증가를 유발할 수 있다.
망간은 고용 강화 효과와 함께 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 강 중에 고용된 황을 망간황화물(MnS)로 석출하여 황에 의한 적열 취성을 방지하는 역할을 한다. 다만, 망간을 너무 많이 포함하는 경우, 냉간 압연성이 열위해질 수 있고, 중심 편석에 의한 가공성이 저하될 수 있다.
크롬은 망간과 마찬가지로 강의 경화능을 향상시키고, 펄라이트 조직의 냉간 가공에 의한 강도를 향상시키는 역할을 한다. 다만, 크롬을 너무 많이 포함하는 경우, 경화능이 필요 이상으로 커질 수 있다. 또한, 재가열에 의한 시멘타이트 조직의 분해가 너무 늦어져, 미고용 시멘타이트를 형성할 수 있다.
상기 고탄소 강판은 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직을 포함할 수 있고, 이때 상기 고탄소 강판 전체 미세조직 100부피%에 대해, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직의 부피 분율의 합은 0 내지 20부피%일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상기 상부 베이나이트 조직의 부피 분율이 상기 범위를 만족하지 못하는 경우, 성형성 및 내구성이 열위할 수 있다.
본 명세서에서 분절된 펄라이트(Degenerated Pearlite) 조직이란, 펄라이트 조직 내 시멘타이트 조직의 길이가 1㎛ 이하인 것인 펄라이트 조직을 의미한다.
상기 분절된 펄라이트 조직의 분율을 적절하게 제어함으로써, 균일한 미세 펄라이트 조직을 확보할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고탄소 강판의 전체 미세조직 100부피%에 대해, 3 내지 19부피%의 분절된 펄라이트 조직, 0.3부피% 이하의 상부 베이나이트 조직, 잔부 미세 펄라이트 조직 및 초석 페라이트 조직을 포함할 수 있다.
보다 더 구체적으로, 상기 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격은 0.05 내지 0.1㎛ 일 수 있다. 보다 더 구체적으로, 라멜라 간격이 미세한 펄라이트 조직일수록, 강도가 우수한 강판을 수득할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 구현예에 의한 고탄소 강판은 상부 베이나이트의 생성을 최대한 억제하고, 분절된 펄라이트 조직을 포함하는 고탄소 강판을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 상부 베이나이트 조직은 냉간 압연성 및 내구성을 저하시킬 수 있고, 강판 내 물성의 편차를 야기할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 구현예에 의한 고탄소 강판은 상부 베이나이트 조직의 부피 분율을 상기와 같이 제어함으로써, 고강도 및 내구성이 동시에 우수한 강판을 제공할 수 있다.
상기 고탄소 강판은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
A=1/λ2-2(DP% + 50UB%)>100----------식 (1)
이때, 상기 λ는 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격을 의미하고, 상기 DP%는 분절된 펄라이트 조직의 부피 분율을 의미하며, 상기 UB%는 상부 베이나이트 조직의 부피 분율을 의미한다.
보다 구체적으로, 상기 식 (1)을 만족하는 경우, 냉간 압연 시 판파단 현상 또는 크랙과 같은 결함 발생 없이 강도 및 내구성이 우수한 고탄소 강판을 수득할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 상기 고탄소 강판의 인장강도는 2300MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예인 고탄소 강판의 제조방법은, 강판 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연 강판을 준비하는 단계; 상기 열연 강판을 소둔하는 단계; 상기 소둔된 열연 강판을 1차 냉간 압연하는 단계; 상기 1차 냉간 압연된 강판을 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계; 및 상기 항온 열처리된 강판을 2차 냉간 압연하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 강판 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연 강판을 준비하는 단계;를 실시할 수 있다. 상기 열연 강판의 성분 및 조성을 한정한 이유는 앞서 설명한 바와 같으므로 생략한다.
보다 구체적으로, 상기 열연 강판을 준비하는 단계는, 상기 성분 및 조성 범위를 포함하는 슬라브를 900 내지 1200℃ 온도 범위에서 압연하는 것일 수 있다. 또한, 상기 슬라브 초기 두께 대비 95 내지 99.5%의 압하율로 압연하는 것일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 압연하는 방법이라면 모두 가능하다.
본 명세서에서 압하율이란, 압연 단계에 의해 재료의 두께 또는 단면적이 감소되는 비율을 의미한다. 보다 구체적으로, 재료의 초기 두께 대비 압연에 의해 감소된 두께에 대한 비율을 의미한다.
이후, 상기 열연 강판을 소둔하는 단계;를 실시할 수 있다.
이때, 상기 열연 강판은 800 내지 1100℃로 소둔할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 열연 강판은 10 내지 30시간 동안 소둔할 수 있다.
보다 더 구체적으로, 상기 열연 강판을 상기 온도 및 시간 조건에서 소둔할 경우, 열연 단계에서 발생하였던 응력을 용이하게 완화할 수 있다.
상기 소둔된 열연 강판을 1차 냉간 압연하는 단계;를 실시할 수 있다.
이때, 상기 소둔된 열연 강판은 상온 내지 120℃에서 냉간 압연할 수 있다.
또한, 상기 소둔된 열연 강판의 두께 대비 0 내지 60%의 압하율로 1차 냉간 압연할 수 있다. 상기 1차 냉간 압연을 통해, 2차 냉간 압연을 하기 위한 초기 두께를 조절할 수 있다.
이후, 상기 1차 냉간 압연된 강판을 재가열하는 단계;를 실시할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 1차 냉간 압연된 강판을 800 내지 1100℃의 온도 범위로 재가열할 수 있다. 상기 1차 냉간 압연된 강판을 1분 내지 10분 동안 상기 재가열 온도 범위에서 유지할 수 있다.
보다 더 구체적으로, 상기 온도에서 재가열함으로써 1차 냉간 압연 단계에 의해 발생한 응력을 효과적으로 완화할 수 있다.
이후, 상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계;를 실시할 수 있다.
상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계; 는, 상기 재가열된 강판을 항온 변태 온도까지 냉각하는 단계; 및 상기 항온 변태 온도까지 냉각된 강판을 항온 열처리하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 재가열된 강판을 항온 변태 온도까지 냉각하는 단계;는, 상기 재가열 온도에서 30 내지 200℃/초 속도로 상기 항온 변태 온도까지 냉각하는 것일 수 있다.
상기 재가열 온도에서 1 내지 10초 동안 냉각하는 것일 수 있다.
이후, 상기 항온 변태 온도까지 냉각된 강판을 항온 열처리하는 단계;에 의해, 항온 변태가 발생할 수 있다. 이때, 상기 항온 변태 온도는 Tc-10℃ 내지 Tc+10℃ 범위일 수 있다. 또한, 상기 강판을 상기 항온 변태 온도에서 60초 이상 동안 항온 열처리할 수 있다. 보다 구체적으로는, 60초 내지 90초 동안 항온 열처리할 수 있다.
Tc=686.8-193.1[C]+102.4[C]2-31.2[Mn]-4.6[Si]-32.4[Cr]-340.3[Mn][Cr]-식 (2)
단, 상기 [C], [Mn], [Si], [Cr]는 각 원소의 중량%를 의미한다.
보다 구체적으로, 상기와 같이 강판의 성분 및 조성에 따라 항온 변태 온도를 식으로 제어함으로써 미세 펄라이트 조직을 가지는 고탄소강을 수득할 수 있다. 동시에, 상기 항온 변태 온도에서 항온 열처리 시간을 상기 범위를 제어함으로써, 상부 베이나이트의 형성도 최대한 억제할 수 있다.
이는 본원 도 3을 통해서도 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 항온 변태 온도 및 냉각 거동을 그래프로 나타낸 것이다.
도 3에 개시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 의한 고탄소 강판의 제조방법에 의하면, 항온 변태 온도가 종래 기술에 비해 낮은 범위임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예는 미세 펄라이트 조직의 고탄소 강판을 수득할 수 있다.
보다 구체적으로, 항온 변태 온도가 Tc+10℃를 초과하는 경우, 펄라이트 조직의 라멜라(층상) 간격이 넓어져 목적하는 강도의 고탄소 강판을 수득하지 못할 수 있다. 반면, 항온 변태 온도가 Tc-10℃ 미만인 경우, 상부 베이나이트 조직이 현저히 증가하여 스프링의 내구성을 확보하기 어려울 수 있다.
따라서, 항온 변태 온도를 상기와 같이 제어함으로써, 상부 베이나이트 조직의 형성은 최대한 억제하고, 미세 펄라이트 조직의 고탄소 강판을 수득할 수 있다.
마지막으로, 상기 항온 열처리된 강판을 2차 냉간 압연하는 단계;를 실시할 수 있다. 상기 2차 냉간 압연은 상온 내지 120℃에서 실시할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 상기 항온 열처리된 강판을 2차 냉간 압연하는 단계;에 의해, 상기 항온 열처리된 강판의 미세조직의 변화는 발생하지 않는다.
상기 2차 냉간 압연 단계에 의해, 상기 항온 열처리된 강판을 85 내지 92%의 압하율로 2차 냉간 압연을 실시할 수 있다.
보다 더 구체적으로, 상기 조건으로 2차 냉간 압연을 실시하는 경우, 목적하는 강도의 고탄소 강판을 수득하여 내구성을 확보할 수 있다. 또한, 압연 중 에지 크랙과 같은 결함이 다량 발생하지 않을 수 있다. 이로 인해, 냉간 압연 시 가공성이 우수할 수 있다.
상기 고탄소 강판은 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직을 포함하고, 상기 고탄소 강판 전체 미세조직 100부피%에 대해, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직의 부피 분율의 합은 0 내지 20부피%일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고탄소 강판의 전체 미세조직 100부피%에 대해, 3 내지 19부피%의 분절된 펄라이트 조직, 0.3부피% 이하의 상부 베이나이트 조직, 잔부 미세 펄라이트 조직 및 초석 페라이트 조직을 포함할 수 있다.
상기 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격은 0.05 내지 0.1㎛ 일 수 있다.
상기 고탄소 강판은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
A=1/λ2-2(DP% + 50UB%)>100----------식 (1)
단, 상기 λ는 펄라이트 조직의 라멜라 간격을 의미하고, 상기 DP%는 펄라이트 조직의 부피 분율을 의미하며, 상기 UB%는 상부 베이나이트 조직의 부피 분율을 의미한다.
상기 본 발명의 일 구현예에 의해 제조된 고탄소 강판은 강도 및 내구성이 우수할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고탄소 강판의 인장강도는 2300MPa 이상일 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 표1에 개시된 조성을 가지는 강재를 열간 압연하여 열연강판을 준비하였다. 이후, 상기 열연강판을 소둔하여 구상화 열처리한 후, 상기 구상화 열처리된 강판을 1차 냉간 압연하여 2.0mm 두께의 냉연강판을 준비하였다.
상기 냉연강판을 재가열 온도인 950℃에서 5분 동안 유지한 후, 112℃/초의 속도로 하기 표 2에 개시된 항온 변태 온도까지 냉각하였다.
이후, 표 2에 개시된 항온 변태 온도에서 60초 동안 항온 열처리하였다.
상기 항온 열처리된 강판을 0.19 내지 0.3mm 두께로 2차 냉간 압연을 실시하여 고탄소 강판을 수득하였다. 이때, 2차 냉간 압연은 40 내지 90℃에서 실시하였다.
이후, 상기 고탄소 강판의 압연성과 내구성을 평가하여 표 3에 개시하였고, 압연성 및 내구성 평가 방법은 하기와 같다.
< 압연성 평가 방법>
2차 냉간 압연 시 판파단 발생 여부 또는 강판 에지부 크랙 존재 여부를 통해 압연성을 평가하였다.
OK: 판파단이 발생하지 않고, 에지부 크랙이 존재하지 않는 경우 또는 판파단이 발생하지 않고, 에지부 크랙이 존재하나 상기 크랙의 크기가 10mm 미만이고, 최종 목표 두께까지 압연이 가능한 경우
NG: 판파단이 발생하고, 에지부의 크랙이 존재하며, 상기 에지부의 크랙 크기가 10mm 이상인 경우
<내구성 평가 방법>
2차 냉간 압연하여 수득된 고탄소 강판을 두께 7mm로 슬리팅 한 후 스프링으로 제조하였고, 상기 스프링에 240℃에서 30분간 열처리를 실시한 후 반복 회전을 통해 내구성을 평가하였다.
보다 구체적으로, 상기 반복 회전은 스프링을 21바퀴 감은 후 8바퀴까지 푸는 행위를 1회로 하여, 20만회 반복한 것을 의미한다.
OK: 20만회 반복 회전 중 파단이 발생하지 않은 경우
NG: 20만회 반복 회전 중 파단이 발생한 경우
구 분 성분 및 조성( 중량% )
C Si Mn Cr P S N
발명강1 0.81 0.25 0.47 0.12 0.0097 0.0025 0.0038
발명강2 0.81 0.25 0.47 0.12 0.0097 0.0025 0.0038
발명강3 0.84 0.3 0.55 0.15 0.0106 0.0023 0.0037
발명강4 0.78 0.21 0.4 0.08 0.0102 0.0025 0.0036
발명강5 0.81 0.25 0.47 0.12 0.0097 0.0025 0.0038
발명강6 0.81 0.25 0.47 0.12 0.0097 0.0025 0.0038
발명강7 0.78 0.21 0.4 0.08 0.0102 0.0025 0.0036
비교강1 0.87 0.41 0.58 0.23 0.0113 0.0028 0.0036
구분 구분 Tc
(℃) 		항온변태
온도(℃) 		미세 펄라이트
라멜라 간격
(λ, μm) 		미세조직
부피 분율(%) 		A=1/λ2-
2(DP%+50UB%)
실시예1 발명강1 558.7 550 0.081 12.1 <0.01 127.2
실시예2 발명강2 558.7 555 0.086 9.3 <0.01 115.6
실시예3 발명강3 545.4 540 0.072 16.4 0.3 130.1
실시예4 발명강4 571.6 560 0.083 4.5 <0.01 315.2
비교예1 발명강5 558.7 570 0.125 3.8 <0.01 55.4
비교예2 발명강6 558.7 540 0.067 22.2 1.2 58.4
비교예3 발명강7 571.6 540 0.075 34.9 2.5 -142.0
비교예4 비교강1 523.5 530 0.061 32.0 2.8 -75.3
구분 누적압하율(%) 압연성 인장강도(MPa) 내구성
실시예1 발명강1 89.4 OK 2353 OK
실시예2 발명강2 89.4 OK 2338 OK
실시예3 발명강3 88.5 OK 2402 OK
실시예4 발명강4 90.3 OK 2328 OK
비교예1 발명강5 85.0 OK 2258 NG
비교예2 발명강6 89.4 OK 2351 NG
비교예3 발명강7 90.3 NG 2347 NG
비교예4 비교강1 89.4 NG 2416 NG
강판의 성분 및 조성, 이에 따른 항온 변태 온도를 제어한 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
비교예 1 내지 3은 본 발명의 일 구현예에 포함되는 성분 및 조성의 발명강을 이용하였다. 다만, 비교예 1은 Tc+10℃를 초과하는 온도에서 항온 열처리를 실시하였고, 비교예 2 및 3은 Tc-10℃ 미만인 온도에서 항온 열처리를 실시하였다,
그 결과, 상기 비교예 1의 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 본원 실시예에 비해 약 1.5배정도 넓어진 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2 및 3의 경우, 상부 베이나이트 조직의 분율이 현저하게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 비교예 4의 경우, 비교강 1을 이용하여 Tc+10℃ 범위 내에서 항온 열처리를 실시하였지만 상부 베이나이트 조직의 분율이 다량 형성된 것을 확인할 수 있다.
상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 4의 강도, 압연성, 내구성 등을 평가하여 상기 표 3에 개시하였다.
그 결과, 항온 변태 온도가 높았던 비교예 1의 경우, 라멜라 간격이 넓어진 펄라이트 조직으로 인해 본원 실시예에 비해 강도가 열위함을 알 수 있다. 반면, 항온 변태 온도가 낮았던 비교예 2 및3의 경우, 높은 분율의 상부 베이나이트 조직으로 인해 본원 실시예에 비해 내구성과 압연성이 열위함을 알 수 있다. 강판의 성분 및 조성이 본원 실시예와 상이하였던 비교예 4의 경우에도, 상부 베이나이트의 분율이 높은 결과, 압연성 및 내구성이 열위함을 알 수 있다.
아울러, 비교예 1 내지 4는 표 2의 A값이 모두 100을 초과하지 못하였다. 보다 더 구체적으로, 비교예 1 및 2의 A값은 100을 초과하지 않았으나, 그 값이 55.4 및 58.4로써 양의 값을 나타내었다. 반면, 비교예 3 및 4의 A값은 100을 초과하지 않았고, 그 값이 음의 값을 나타내었다. 그 결과, 표 3 및 도 4에 개시된 바와 같이, 비교예 1 및 2는 압연성 평가 결과는 만족하였으나 내구성이 열위하고, 비교예 3 및 4는 압연성 및 내구성이 모두 열위함을 확인할 수 있다. 이는 본원 도 4를 통해서도 확인할 수 있다.
도 4는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 식 (2) 값과 인장 강도와의 관계를 그래프로 나타낸 것이다. 상기 도 4에 개시된 바로부터, 전술한 바와 같이, 실시예와 비교예의 A값과 강도, 내구성, 및 압연성의 관계에 따른 결과를 그래프로 확인할 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 일 구현예에 의해 의해 제조된 실시예 1 내지 4의 경우, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 미세한 동시에 상부 베이나이트 조직의 부피 분율 또한 0.3부피% 이하인 것을 알 수 있다.
이는 본원 도 1을 통해서도 확인할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 미세조직을 SEM으로 관찰한 사진이다.
상기 도 1에 개시된 바와 같이, 본원 실시예 1은 상부 베이나이트 조직을 거의 확인할 수 없고, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 매우 미세한 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 시멘타이트 조직의 길이가 짧은 형태인 분절된 펄라이트 조직도 포함하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 2는 도 2를 통해 확인 및 비교할 수 있다.
도 2는 비교예 2의 미세조직을 SEM으로 관찰한 사진이다.
상기 도 2에 개시된 바와 같이, 비교예 2는 실시예 1에 비해 상부 베이나이트 조직이 좀 더 많이 관찰되는 것을 알 수 있다.
따라서, 전술한 강판의 성분 및 제조 조건을 모두 만족하는 실시예는 강판의 성분 또는 제조 조건을 만족하지 못하는 비교예에 비해 상부 베이나이트 조직의 부피 분율이 적고, 미세하고 균일한 펄라이트 조직을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해, 본 발명에 의해 강도 및 내구성이 동시에 우수한 고탄소 강판을 수득할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 고탄소 강판 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 고탄소 강판은 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직을 포함하며,
    상기 고탄소 강판 전체 미세조직 100부피%에 대해, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직의 부피 분율의 합은 0 내지 20부피%인 것인 고탄소 강판이되,
    상기 고탄소 강판은 하기 식 (1)을 만족하는 것인 고탄소 강판.
    1/λ2-2(DP% + 50UB%)>100----------식 (1)
    (단, 상기 λ는 펄라이트 조직의 라멜라 간격(㎛)을 의미하고, 상기 DP%는 분절된 펄라이트 조직의 부피 분율을 의미하며, 상기 UB%는 상부 베이나이트 조직의 부피 분율을 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분절된 펄라이트 조직(Degenerated Pearlite)은 시멘타이트 조직의 길이가 1㎛ 이하인 것인 고탄소 강판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고탄소 강판의 전체 미세조직 100부피%에 대해, 3 내지 19부피%의 분절된 펄라이트 조직, 0.3부피% 이하의 상부 베이나이트 조직, 잔부 미세 펄라이트 조직 및 초석 페라이트 조직을 포함하는 것인 고탄소 강판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미세 펄라이트 조직의 라멜라 간격은 0.05 내지 0.1㎛인 것인 고탄소 강판.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고탄소 강판의 인장강도는 2300MPa 이상인 것인 고탄소 강판.
  7. 강판 전체 100중량%에 대해, C: 0.78 내지 0.85중량%, Si: 0.2 내지 0.4중량%, Mn: 0.4 내지 0.6중량%, Cr: 0.05 내지 0.15중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연 강판을 준비하는 단계;
    상기 열연 강판을 소둔하는 단계;
    상기 소둔된 열연 강판을 1차 냉간 압연하는 단계;
    상기 1차 냉간 압연된 강판을 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계; 및
    상기 항온 열처리된 강판을 2차 냉간 압연하는 단계;를 포함하는 것인 고탄소 강판의 제조방법이되,
    상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계;에 의해,
    항온 변태가 발생하고, 상기 항온 변태 온도는 Tc-10℃ 내지 Tc+10℃인 것인 고탄소 강판의 제조방법.
    Tc=686.8-193.1[C]+102.4[C]2-31.2[Mn]-4.6[Si]-32.4[Cr]-340.3[Mn][Cr]-식 (2)
    (단, 상기 [C], [Mn], [Si], [Cr]는 각 원소의 중량%를 의미한다.)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 재가열된 강판을 항온 열처리하는 단계; 는,
    상기 재가열된 강판을 항온 변태 온도까지 냉각하는 단계; 및
    상기 항온 변태 온도까지 냉각된 강판을 항온 열처리하는 단계;를 포함하는 것인 고탄소 강판의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 재가열된 강판을 항온 변태 온도까지 냉각하는 단계;는,
    30 내지 200℃/초 속도로 냉각하는 것인 고탄소 강판의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 항온 변태 온도까지 냉각된 강판을 항온 열처리하는 단계;는,
    60초 내지 90초 동안 항온 열처리하는 것인 고탄소 강판의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 항온 열처리된 강판을 2차 냉간 압연하는 단계;는,
    상온 내지 120℃에서 2차 냉간 압연하는 것인 고탄소 강판의 제조방법.

  12. 제7항에 있어서,
    상기 1차 냉간 압연된 강판을 재가열하는 단계;는,
    800 내지 1100℃ 온도 범위에서 재가열하는 것인 고탄소 강판의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 1차 냉간 압연된 강판을 재가열하는 단계;는,
    1분 내지 10분 동안 재가열하는 것인 고탄소 강판의 제조방법.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고탄소 강판은 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직을 포함하고,
    상기 고탄소 강판 전체 미세조직 100부피%에 대해, 상기 분절된 펄라이트 조직 및 상부 베이나이트 조직의 부피 분율의 합은 0 내지 20부피%인 것인 고탄소 강판의 제조방법.
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