KR101907005B1 - 열간압연 조건 개선을 통한 곱쇠 저감 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

열간압연 조건 개선을 통한 곱쇠 저감 열연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합금원소 첨가 및 제어압연과 제어냉각을 통한 곱쇠 저감 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0.03% 이하, 망간(Mn): 0.10~0.30%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 질소(N): 0.008% 이하, 타이타늄(Ti): 0.01~0.03% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 재가열된 강을 900℃ 이하의 온도역에서의 합계 압하율 35％ 이상으로 압연하고 마무리압연온도를 870℃ 이하로 하는 열간압연을 실시하는 단계; 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 50℃/s 이상의 냉각속도로 냉각시키는 단계; 560℃~680℃의 온도역에서 권취하여 강판을 형성하는 단계를 포함하여, 열연강판 두께방향 표층부의 미세조직의 전위밀도를 크게 함으로써 열연강판의 표면상의 결함으로 작용되는 곱쇠를 저감할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

열간압연 조건 개선을 통한 곱쇠 저감 열연강판 및 그 제조방법{Hot rolled steel sheet for reducing coil break through hot rolling condition improvement and method for producing the same}
본 발명은 곱쇠 저감 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항복점 연신을 유발하는 침입형 원자들과 결합되는 합금원소인 티타늄(Ti)을 첨가하여 곱쇠 발생의 원인으로 작용되는 항복점 연신을 저감하고, 열간압연 중에 압연재 표층부에 적절한 제어압연과 제어냉각에 의한 상변태에 의해 전위 밀도가 높은 페라이트층을 형성함으로써, 열연강판의 곱쇠 발생을 억제할 수 있는 곱쇠 저감 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
곱쇠는 권취된 일반 탄소강 열연코일을 냉간압연 또는 부품가공 등을 행하기 위해 코일을 풀거나 재권취할 때 압연 직각방향으로 판 표면이 미세하게 갈라지는 현상을 의미하는 것으로, 스트레쳐 스트레인(Stretcher Strain) 또는 코일 브레이크(coil break)라고 부르기도 하는 현상이다.
이러한 결함은 제품의 기계적 성질을 변화시키지는 않으나, 열연 이후의 냉연 등의 가공 공정 시에 압연 두께를 불균일하게 하거나, 강판의 표면 불량을 초래하는 등 각종 문제의 원인으로 작용하여, 외관이 중요한 각종 부품으로의 사용에 불편을 초래한다. 이러한 곱쇠의 발생 원인은 강의 인장시험 시 확인할 수 있는 항복점 연신 현상 때문인 것으로 알려져 있다. 즉, 항복점 연신 중의 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)의 톱니 구간은 하나의 톱니가 하나의 류더스 밴드(luders band)에 대응되며, 이러한 류더스 밴드의 진전은 불균일 변형으로 인한 표면 갈라짐을 야기하는데, 이와 같은 항복점 연신이 실제 열연강판의 제조공정에서 발생됨으로써, 곱쇠라는 명칭의 표면결함으로 작용되는 것이다.
본 발명의 목적은 항복점 연신을 유발하는 침입형 원자들과 결합되는 합금원소인 티타늄(Ti)을 첨가하여, 곱쇠 발생의 원인으로 작용되는 항복점 연신을 저감하고, 열간압연 중에 압연재 표층부에 적절한 제어압연과 제어냉각에 의한 상변태에 의해 전위밀도가 높은 페라이트층을 형성함으로써 열연강판의 곱쇠 발생을 방지할 수 있는 곱쇠 저감 열연강판 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, (a) 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0% 초과 및 0.03% 이하(이하에서 모두 이 범위임), 망간(Mn): 0.10~0.30%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 질소(N): 0.008% 이하, 티타늄(Ti): 0.01~0.03% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 재가열하는 단계; (b) 마무리 압연기의 제6스탠드와 제7스탠드의 압하율 합계가 35% 이상이 되도록 열간압연하여 강판을 형성하는 단계; (c) 열간압연 종료 후 강판을 냉각하는 단계; (d) 냉각 후 강판을 권취하는 단계; 및 (e) 권취된 강판을 상온까지 냉각하는 단계를 포함하는 열연강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 제6스탠드와 제7스탠드 중 하나의 압하율은 20% 이상일 수 있다.
본 발명에서 재가열 단계는 1150~1250℃의 온도에서 120~250분의 시간으로 수행될 수 있다.
본 발명에서 제6스탠드와 제7스탠드에 의한 압연은 900℃ 이하의 온도에서 수행되고, 마무리 압연 온도는 870℃ 이하일 수 있다.
본 발명에서 열간압연 종료 후 3초 이내에 고밀도 냉각장치를 이용하여 50℃/s 이상의 냉각속도로 냉각할 수 있다.
본 발명에서 권취는 560~680℃의 온도에서 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0.03% 이하, 망간(Mn): 0.10~0.30%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 질소(N): 0.008% 이하, 티타늄(Ti): 0.01~0.03% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 표층부 페라이트 조직 내의 전위 밀도가 1.5×1014/㎡ 이상인 것을 특징으로 하는 열연강판을 제공한다.
본 발명에서 제시하는 Ti 첨가에 의한 곱쇠 저감 열연강판 및 그 제조방법에 따르면, 곱쇠 발생의 원인으로 알려진 항복점 연신 정도를 저감하기 위해, 항복점 연신을 유발하는 침입형 원자들과 결합되는 티타늄(Ti)을 적절히 복합 첨가하고, 열간압연 중에 적절한 제어압연과 제어냉각에 의한 상변태에 의해 전위밀도가 높은 페라이트층을 압연재 표층부에 형성함으로써 곱쇠결함이 저감된 열연강판을 제조할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 비교예에 따라 제조된 열연강판(비교강 1) 내의 표층부 미세조직(도 1)과, 본 발명에 따라 Ti가 첨가되고 열간압연 단계에서의 마무리압연온도, 압하율 및 압연후 냉각속도가 적절하게 제어된 열연강판(발명강 2) 내의 표층부 페라이트 조직(도 2)의 전위밀도를 비교하여 나타낸 현미경 사진이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 곱쇠 저감 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C): 0.02~0.06%
본 발명에서 탄소(C)는 열연강판의 강도를 확보하기 위해 첨가된다.
상기 탄소(C)는 열연강판 전체 중량의 0.02~0.06 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 탄소(C)가 0.02 중량% 미만으로 첨가되면, 제2상 조직의 분율이 저하되어 강판의 강도가 낮아지는 문제점이 있으며, 동일한 강도를 발휘하기 위하여 다른 합금원소를 상대적으로 다량 첨가하여야 하기 때문에 비경제적이다.
이와 달리, 상기 탄소(C)의 함량이 0.06 중량%를 초과하면, 강판의 강도는 증가하나 저온 충격인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서 탄소(C)의 함량은 0.02~0.06 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
실리콘( Si ): 0.03% 이하
본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산(deoxidation)의 역할을 담당하며, 아울러 고용강화(solid solution strengthening) 효과에 기여하여 강도 확보에 도움을 준다.
상기 실리콘(Si)은 열연강판 전체 중량의 0.03 중량% 이하로 첨가될 수 있다.
만일, 상기 실리콘(Si)의 함량이 0.03 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는, 열간압연 시 붉은 형태의 스케일이 형성될 수 있는데, 이는 강판의 표면 품질을 저하시키는 나쁜 원인으로 작용한다.
다만, 이러한 실리콘(Si)의 함량이 너무 적게 첨가될 경우에는, 강재의 고용강화 효과에 기여하는 정도가 부족하여 강도 향상을 저해하는 원인으로 작용될 수 있으며, 아울러 용강의 탈산 작용이 불충분하여 청정한 형태의 강을 확보하기가 어려울 수 있다.
따라서 본 발명에서 실리콘(Si)의 함량은 0.03 중량% 이하로 제한되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.02~0.03 중량% 범위 내로 첨가될 수 있다.
망간( Mn ): 0.10~0.30%
본 발명에서 망간(Mn)은 고용강화 원소로서 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도 확보에 효과적인 원소이다. 또한 망간은 오스테나이트(austenite) 안정화 원소로서 페라이트, 펄라이트 변태를 지연시킴으로써 페라이트의 결정립 미세화에 기여한다.
상기 망간(Mn)은 열연강판 전체 중량의 0.10~0.30 중량%로 첨가될 수 있다.
이러한 망간(Mn)은 소입성을 증가시켜 강도를 상승시키며, 앞서 언급한 바와 같이 실리콘(Si) 등과 함께 일정범위 내의 함량비로 조합되어 고용강화에 기여하므로, 최소한 0.10 중량% 이상은 첨가되는 것이 좋다.
만일 이와 달리, 상기 망간(Mn)의 함량이 0.30 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는, 슬라브 강의 중심부에 편석을 심화시키고, 충격인성을 저하시키는 원인으로 작용될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이러한 망간(Mn)의 함량을 0.10~0.30 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
알루미늄( Sol . Al ): 0.01~0.06%
알루미늄(Al)은 일반적으로 강의 탈산에 기여하며, 아울러 탄화물을 형성하여 강의 미세구조의 조질화에 유효한 원소이다.
이러한 알루미늄(Al)은 강 중의 질소(N)와 결합하여 질화알루미늄을 형성하여 조직을 미세화하며, 강 중의 산소를 제거함으로써 강 슬라브의 제조 시 크랙 발생을 억제하는 효과를 발휘하므로, 최소한 0.01 중량% 이상은 첨가되는 것이 바람직하다.
만일, 상기 알루미늄(Al)의 함량이 0.06 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 강판의 가공성을 저하시키는 원인으로 작용될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이러한 알루미늄(Al)의 함량을 0.01~0.06 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
인(P): 0.02% 이하
인(P)은 강 중에 존재하는 불순물 원소이나, 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도 향상 및 내식성에 유리한 성분이다.
다만, 이러한 인(P)이 열연강판에 과다하게 첨가될 경우에는, 충격인성을 크게 저해할 수 있으며, 슬라브 중심 편석에 의해 최종 재질에 편차를 유발할 수 있다.
이러한 이유에 따라, 상기 인(P)의 함량비는 가능한 한 낮게 유지하는 것이 유리하다.
따라서 본 발명에서는 이러한 인(P)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.02 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 인(P) 함량의 하한치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.0001 중량%일 수 있다.
황(S): 0.02% 이하
황(S)은 강 중에 존재하는 대표적인 불가피한 불순물이다.
상기 황(S)은 유화물계 개재물(예: MnS)을 형성하여 강의 인성 및 강도를 크게 저해할 수 있으며, 강의 가공 중 크랙 유발을 일으킬 수 있는 원소이다.
이러한 이유에 따라, 상기 황(S)의 함량비는 가능한 한 낮게 유지하는 것이 유리하다.
따라서 본 발명에서는 이러한 황(S)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.02 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 황(S) 함량의 하한치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.0001 중량%일 수 있다.
질소(N): 0.008% 이하
질소(N)는 전수된 인(P) 및 황(S)과 함께 강 중에 존재하는 대표적인 불가피한 불순물로 취급되는 원소이다.
상기 질소(N)는 강도 향상에는 다소나마 도움이 될 수 있으나, 인성을 크게 저해할 수 있는 원소이며, 이 외에도 강 내부에 개재물을 발생시켜 내부 품질을 저해할 수 있으므로, 가능한 한 극저의 함량비로 관리될 필요가 있다.
그러나 이러한 질소(N)의 함량비를 가능한 한 낮게 유지하기 위해서는 그 방법상의 어려움을 제외하고서라도, 그에 따르는 비용이 비효율적으로 증가되는 현실적인 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 이러한 질소(N)의 함량을 0.008 중량% 이하로만 제한하는 것이 바람직하다. 질소(N) 함량의 하한치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.0001 중량%일 수 있다.
타이타늄( Ti ): 0.01~0.03%
티타늄(Ti)은 보론(B)과 함께 항복점 연신을 유발하는 침입형 원자들과 결합하는 합금 원소로서, 본 발명이 목표로 하는 항복점 연신 저감을 통한 곱쇠 저감을 위해 중요한 첨가 원소이다. 이러한 티타늄(Ti)은 열연강판 전체 중량의 0.01~0.03 중량%로 제한되어 첨가될 수 있다.
만일, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 0.01 중량% 미만으로 첨가될 경우에는, 상기의 효과를 기대하기 어렵다. 이와 반대로, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 0.03 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는, 재결정온도가 높아지고, 고용 티타늄에 의해 연속 소둔 시 페라이트상의 회복 및 재결정을 지연시켜 연속 소둔 작업 시 소둔 온도를 높임으로써 소둔 작업성을 악화시키는 문제점이 나타날 수 있다. 이는 결과적으로 열연강판의 가공성을 저해할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 티타늄(Ti)의 함량을 열연강판 전체 중량의 0.01~0.03 중량%로 제한함으로써, 본 발명이 목표로 하는 항복점 연신 저감을 통한 곱쇠 저감 효과를 충분히 확보함과 동시에, 티타늄(Ti)의 과다 첨가로 인한 가공성 저해의 문제를 해결할 수 있는 것이다.
기타 성분
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.
열연강판 제조방법
이하, 본 발명의 제조공정을 단계별로 나누어 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 열연강판의 제조방법은 슬라브 재가열 단계, 압연 단계, 냉각 단계, 권취 단계 등으로 구성되며, 구체적으로는 (a) 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0.03% 이하, 망간(Mn): 0.10~0.30%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 질소(N): 0.008% 이하, 티타늄(Ti): 0.01~0.03% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 재가열하는 단계; (b) 마무리 압연기의 제6스탠드와 제7스탠드의 압하율 합계가 35% 이상이 되도록 열간압연하여 강판을 형성하는 단계; (c) 열간압연 종료 후 강판을 냉각하는 단계; (d) 냉각 후 강판을 권취하는 단계; 및 (e) 권취된 강판을 상온까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
1. 재가열
상기 (a) 단계는 상술한 성분 조성을 갖는 반제품 상태의 강 슬라브를 재가열하는 단계이다. 재가열은 가열로에서 수행될 수 있다. 슬라브 재가열은 1150~1250℃의 온도(SRT: slab-reheating temperatures)에서 실시될 수 있으며, 120~250분의 시간으로 실시될 수 있다. 재가열 온도가 너무 낮거나 재가열 시간이 너무 짧을 경우, 강 중에 첨가한 티타늄(Ti)의 재고용이 일어나지 않아 곱쇠 저감의 효과를 기대할 수 없다. 또한, 재가열 온도가 너무 높거나 재가열 시간이 필요 이상으로 길 경우, 오스테나이트 결정립이 지나치게 성장하여 마무리압연이 끝난 열연판의 결정립 미세화 효과를 기대할 수 없어 곱쇠 발생 측면에서 불리하다.
2. 압연
상기 (b) 단계는 열간압연 단계로서, 상기 슬라브 재가열 단계에서 적정 온도 및 시간으로 충분히 재가열된 강 슬라브를 압연하여 강판 제품으로 형성하는 단계이다.
열간 압연은 조압연 및 마무리 압연 공정을 포함할 수 있으며, 조압연은 조압연기를 이용하여 수행될 수 있고 마무리 압연은 마무리 압연기를 이용하여 수행될 수 있다.
조압연기 및 마무리 압연기는 하나 또는 복수의 스탠드(stand)를 구비할 수 있으며, 각 스탠드는 한 쌍의 워크 롤(work roll)을 구비할 수 있다. 특히, 마무리 압연기는 통상적으로 7개 정도의 스탠드를 구비할 수 있고, 이 경우 각 스탠드는 순차적으로 F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7로 구분할 수 있다.
본 발명에서는 마무리 압연기의 제6스탠드와 제7스탠드의 압하율 합계가 35% 이상이 되도록 압연하는 것을 특징으로 한다.
압하율은 압연 시에 롤을 통과하기 전과 후의 두께 차이를 통과 전의 두께로 나누어서 100을 곱한 것으로, 압연율이라고도 한다. 압하율 합계의 상한치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 50%일 수 있다.
마무리 압연에서의 압하율은 본 발명에서 중요한 인자로서, 제6스탠드와 제7스탠드의 합계 압하율이 35％ 미만일 경우, 전단 변형률이 낮아 페라이트층 내에 존재하는 전위의 밀도를 1.5×1014/㎡ 이상으로 형성하기 어렵다.
제6스탠드는 마무리 압연기의 6번째 스탠드(F6)이고, 제7스탠드는 마무리 압연기의 7번째 스탠드(F7)일 수 있다. 제6스탠드(F6)와 제7스탠드(F7) 중 하나의 압하율은 20% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 제6스탠드(F6)의 압하율은 20% 이상일 수 있다.
제6스탠드와 제7스탠드에 의한 압연은 900℃ 이하의 온도에서 수행되고, 마무리 압연 온도는 870℃ 이하일 수 있다. 마무리 압연온도의 하한치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 800℃일 수 있다.
마무리 압연 온도(FDT: finishing delivery temperatures)는 본 발명에서 중요한 인자로서, 만일 마무리 압연온도가 870℃를 초과할 경우에는, 조대한 오스테나이트층이 형성되어 냉각공정에서 상변태가 되더라도 미세한 페라이트층을 얻을 수 없다.
3. 압연 후 냉각
상기 (c) 단계는 열간압연 종료 후 강판을 냉각하는 단계이다. 구체적으로, 열간압연의 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 고밀도 냉각장치를 이용하여 열연강판에 냉매를 뿌려 50℃/s 이상의 빠른 냉각속도로 냉각할 수 있다. 냉각속도의 상한치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 150℃/s일 수 있다.
압연후 냉각속도는 본 발명에서 중요한 인자로서, 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 50℃/s 미만의 느린 냉각 속도로 냉각시킬 경우, 낮은 전위밀도를 갖는 조대한 페라이트층이 열연강판 표층에 생성되어 곱쇠 저감효과를 기대할 수 없다.
4. 권취
상기 (d) 단계는 열간압연 단계에서 압연된 강판을 냉각하여 권취하는 단계이다. 마무리압연까지 끝낸 열연강판은 권취되어 코일화되기 위해서, 설정된 권취 온도(coiling temperature, CT)까지 냉각되는데, 이때의 냉각은 후술될 본 발명의 권취 후 냉각과 구분되는 의미로서, 수냉을 이용한 가속 냉각방식이 적용되거나, 혹은 지속적인 수냉 냉각 또는 수냉과 공랭을 반복하여 실시되는 등의 다양한 방식으로 권취 온도(CT)까지 효과적으로 냉각될 수 있다.
본 발명에서 상기 권취 온도(CT)는 560~680℃의 범위 내에서 제한되는 것이 바람직하다. 권취 단계가 560~680℃의 권취 온도에서 이루어짐에 따라, 제조되는 열연강판의 최종 미세조직은 미세한 페라이트와 펄라이트를 포함하는 복합조직이 될 수 있다.
5. 권취 후 냉각
상기 (e) 단계는 권취된 강판을 상온까지 냉각하는 단계이다. 상기 (e) 단계에서의 냉각은 자연 공랭으로 3~10℃/h의 냉각속도로 상온까지 실시될 수 있다.
6. 산세
상기 권취된 열연코일을 상온까지 자연 냉각한 후에, 산세하여 표층부 스케일을 제거하고 도유하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이에 따라 산세강판을 제조할 수 있다.
7. 도금
상기 산세강판을 450~480℃로 재가열한 후, 용융아연 도금욕을 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이에 따라 용융아연 도금강판을 제조할 수 있다.
전위 밀도 및 곱쇠 저감
상기의 방법으로 제조된 본 발명에 따른 곱쇠 저감 열연강판은 표층부 페라이트 조직 내의 전위 밀도가 1.5×1014/㎡ 이상인 것을 특징으로 한다.
전위(dislocation)는 결정 속의 전위선을 따라 일어난 일련의 원자 변위로서, 전위 밀도는 단위 면적당 전위의 개수 또는 단위 체적 중의 전위선의 길이로 표시될 수 있다.
기존의 압연재 표층부의 페라이트 조직 내의 전위밀도가 1.5×1014/㎡ 미만인데 반해, 본 발명에 따른 열연강판은 1.5×1014/㎡ 이상의 전위밀도를 갖는 페라이트 조직을 가진다는 사실을 확인할 수 있었는데, 이는 곱쇠 현상과 매우 깊은 연관성을 지닌 페라이트 내 가동 전위밀도를 높임으로써, 곱쇠 발생을 방지하여 열연강판의 표면 품질을 향상시킬 수 있다는 것을 의미한다. 전위 밀도의 상한치는 예를 들어 1×1015/㎡일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 발명자는 많은 연구를 거듭한 결과, 본 발명이 목표하는 바인 열연재 표면 곱쇠 결함의 발생을 저감하기 위한 방안으로서, 항복점 연신을 유발하는 침입형 원소들과 결합하는 합금 원소인 티타늄(Ti)을 적절한 함량비로 첨가함으로써, 항복점 연신을 저감하여 곱쇠 발생을 억제할 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
또한, 900℃ 이하의 온도역에서의 합계 압하율 35％ 이상으로 압연하고 마무리압연온도를 870℃ 이하로 하는 열간 압연을 실시함으로써, 축적된 변형에너지를 구동력으로 동적 재결정이 일어나 연신된 형태의 오스테나이트 조직이 만들어지며, 마무리 압연 종료 후 고밀도 냉각장치를 이용하여 열연강판에 냉매를 뿌려 압연 종료 후 3초 이내에 50℃/s 이상의 빠른 냉각 속도로 냉각시킴으로써, 압연재 표층부에 페라이트 상변태에 의해 생성된 20 ㎛ 크기 이하의 1.5×1014/㎡ 이상의 전위밀도를 가지는 페라이트층을 형성할 수 있음을 알았다.
결과적으로, 본 발명에 따른 Ti 첨가에 의한 곱쇠 저감 열연강판의 경우, 압연 표층부 페라이트 내의 가동 전위밀도를 크게 증가시켜 곱쇠 결함을 유발할 수 있는 코트렐 분위기(Cottrell Atmosphere) 형성을 억제할 수 있어, 곱쇠로 인한 열연강판의 표면 결함을 거의 완벽히 방지할 수 있었다.
이러한 내용은 이하에서 계속 설명될 실시예를 통해 보다 확실히 이해할 수 있을 것이다.
[실시예]
하기 표 1의 성분 조성을 갖는 강 슬라브를 약 1200℃의 온도에서 약 185분 동안 재가열한 후, 표 2의 조건에 따라 열간 압연하였고, 압연 종료 후 3초 이내에 50℃/s 이상의 빠른 냉각속도로 냉각한 다음, 표 2의 권취 온도로 권취한 후, 권취된 강판을 상온까지 자연 냉각시켰다.
하기 표 1에 본 발명에 의거한 발명강과 본 발명에 의거하지 않은 비교강의 강 슬라브 조성을 나타내었다. 하기 표 2에는 표 1에 나타낸 강종들에 대하여 열연조업조건과 물성 값을 나타내었다. 하기 표 3에는 미세조직 분율과 전위밀도 및 곱쇠결함 판정 결과를 나타내었다.
표 2에서 FDT와 CT는 각각 열연마무리온도와 권취온도를 의미한다. 또한, 표 2에서 YS, TS, EL은 각각 항복강도, 인장강도, 총연신율을 의미하며, YS는 0.2% off-set 항복강도 또는 하부 항복점을 의미한다.
표 2에서 강도와 연신율은 인장시험을 통해 얻었고, 인장시험은 압연판재의 압연방향에 대하여 90도 방향을 기준으로 JIS-5호 규격에 의거하여 채취된 시험편으로 수행하였다.
표 3에서 압연재 표층부의 미세조직 분율은 해당 압연판재 시편을 Nital 에칭액으로 에칭한 후 광학 현미경을 이용하여 500배율로 관찰하고 이를 이미지 분석기로 분석 및 비교하여 구하였다.
표 3에서 페라이트 내의 전위밀도는 압연판재의 표층부를 슬라이스 커터로 100 ㎛ 두께로 얇게 절단한 후, 전해 연마법를 통해 전자현미경 시편을 만든 다음, 투과전자현미경을 이용하여 무작위로 선택된 페라이트 내의 전위구조를 촬영한 후, 선교차법(Line Intersection Method)을 이용하여 단위 면적당 전위의 개수를 세어 평가하였다.
표 3에서 곱쇠 결함 발생여부는 전위밀도가 1.5×1014/㎡ 이상인 경우 ×(미발생), 전위밀도가 1.5×1014/㎡ 미만인 경우 O(발생)로 평가하였다.
구분 열연판
두께(mm)		 성분(wt%)
C Mn Si P S Al Ti N
비교강1 1.8 0.04 0.23 0.02 0.01 0.004 0.02 0 0.004
비교강2 2.5 0.04 0.19 0.02 0.01 0.009 0.03 0.01 0.005
비교강3 4.2 0.03 0.25 0.03 0.01 0.007 0.03 0.008 0.005
비교강4 2.2 0.04 0.35 0.02 0.01 0.005 0.01 0 0.004
비교강5 3.4 0.04 0.3 0.03 0.01 0.01 0.02 0.02 0.005
발명강1 2.2 0.03 0.25 0.02 0.01 0.005 0.02 0.01 0.004
발명강2 3.6 0.05 0.21 0.03 0.01 0.004 0.05 0.025 0.004
발명강3 4.8 0.04 0.26 0.02 0.01 0.008 0.02 0.016 0.005
발명강4 2.2 0.04 0.25 0.007 0.02 0.004 0.03 0.025 0.006
발명강5 3.4 0.04 0.2 0.02 0.01 0.008 0.04 0.03 0.005
구분 열연조업조건 물성
F6
압하율(%)		 F7
압하율(%)		 합계
압하율(%)		 FDT
(℃)		 CT
(℃)		 YS
(MPa)		 TS
(MPa)		 T-El
(%)		 YP-EL
(%)
비교강1 17.8 12.8 30.6 868 669 222 326 42 6.3
비교강2 16.9 13.5 30.4 866 658 204 322 41 4.5
비교강3 18.5 13.2 31.7 878 660 198 312 45 4.8
비교강4 19.5 12.4 31.9 889 654 204 322 46 4.8
비교강5 17.8 13.6 31.4 870 645 210 330 44 2.8
발명강1 22.2 13.1 35.3 863 658 232 336 45 1.2
발명강2 21.6 13.9 35.5 860 664 222 342 46 2.4
발명강3 21.5 14.6 36.1 861 658 226 341 45 1.8
발명강4 22 14.5 36.5 855 650 228 345 44 1.5
발명강5 22.5 15.1 37.6 845 645 238 354 42 0.9
구분 미세조직 분율(%) 표층 페라이트
전위밀도(×1013/㎡)		 곱쇠결함
발생여부
페라이트 펄라이트
비교강1 98 2 8 O
비교강2 94 6 7.5 O
비교강3 95 5 10 O
비교강4 97 3 8 O
비교강5 96 4 12 O
발명강1 95 5 16 X
발명강2 96 4 20 X
발명강3 96 4 15 X
발명강4 96 4 18 X
발명강5 94 6 26 X
도 1 및 도 2는 비교예에 따라 제조된 열연강판(비교강 1) 내의 표층부 미세조직(도 1)과, 본 발명에 따라 Ti가 첨가되고 열간압연 단계에서의 마무리압연온도, 압하율 및 압연후 냉각속도가 적절하게 제어된 열연강판(발명강 2) 내의 표층부 페라이트 조직(도 2)의 전위밀도를 비교하여 나타낸 현미경 사진이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열연강판의 미세조직 사진을 살펴보면, 열연강판의 표면에 형성된 페라이트 조직 내에 상대적으로 높은 전위밀도를 가진다는 사실을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. (a) 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0% 초과 및 0.03% 이하, 망간(Mn): 0.10~0.30%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 질소(N): 0.008% 이하, 티타늄(Ti): 0.01~0.03% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 재가열하는 단계;
    (b) 마무리 압연기의 제6스탠드와 제7스탠드의 압하율 합계가 35% 이상이 되도록 열간압연하여 강판을 형성하는 단계;
    (c) 열간압연 종료 후 강판을 냉각하는 단계;
    (d) 냉각 후 강판을 권취하는 단계; 및
    (e) 권취된 강판을 상온까지 냉각하는 단계를 포함하며,
    제6스탠드와 제7스탠드 중 하나의 압하율은 20% 이상이고,
    열간압연 종료 후 3초 이내에 고밀도 냉각장치를 이용하여 50℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하며,
    열연강판의 표층부 페라이트 조직 내의 전위 밀도가 1.5×1014/㎡ 이상인 것을 특징으로 하는 열연강판의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    재가열 단계는 1150~1250℃의 온도에서 120~250분의 시간으로 수행되는 것을 특징으로 하는 열연강판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제6스탠드와 제7스탠드에 의한 압연은 900℃ 이하의 온도에서 수행되고, 마무리 압연 온도는 870℃ 이하인 것을 특징으로 하는 열연강판의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    권취는 560~680℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 열연강판의 제조방법.
  7. 제1항의 방법에 따라 제조되며,
    중량%로, 탄소(C): 0.02~0.06%, 실리콘(Si): 0% 초과 및 0.03% 이하, 망간(Mn): 0.10~0.30%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.01~0.06%, 질소(N): 0.008% 이하, 티타늄(Ti): 0.01~0.03% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되고,
    표층부 페라이트 조직 내의 전위 밀도가 1.5×1014/㎡ 이상인 것을 특징으로 하는 열연강판.
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