KR101914848B1 - 열연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 열연 강판은, 소정의 화학 성분을 갖고, Si 함유량과, Al 함유량의 합계가 0.20％ 초과, 0.81％ 미만이고, 마이크로 조직이, 면적률로, 90∼99％의 페라이트와, 1∼10％의 마르텐사이트를 갖고, 또한 베이나이트가 5％ 이하로 제한되고, 상기 마르텐사이트의 입경이 1∼10㎛이고, 강판의 압연면에 평행하고, 또한 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하이다.

Description

열연 강판 및 그 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL SHEET AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 외관 및 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수한, 인장 강도가 590㎫ 이상인 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차의 연비 개선 및 충돌 안전성의 향상을 목적으로, 고강도 강판의 적용에 의한 차체 경량화에 한창 몰두하고 있다. 자동차의 차체 등에 고강도 강판을 적용하는 경우, 프레스 성형성을 확보하는 것이 중요해진다. 또한, 예를 들어 자동차용 휠 디스크에서는 표면 의장성 향상을 위해, Si 스케일 모양을 최대한 없애는 것이 요구된다. 또한, 연신 가공, 버링 가공이 실시되므로, 소재로 되는 강판에는, 우수한 외관, 및, 높은 연신 및 구멍 확장성이 요구된다.

특허문헌 1에서는, 마르텐사이트의 조직 분율을 3％ 이상 10％ 미만으로 한 열연 강판이 제안되어 있다. 특허문헌 1에서는, 페라이트를 Ti와 Nb로 석출 강화시켜 강도를 향상시킴으로써, 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수한 열연 강판이 얻어지는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 2에서는, 화성 처리성의 열화 원인으로 되는 Si 스케일의 발생을 방지하기 위해 Al을 첨가하여 마이크로 조직 중의 페라이트의 비율을 40％ 이상으로 한, 페라이트와 마르텐사이트의 복합 조직을 갖는 강이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2011-184788호 공보 일본 특허 공개 제2005-120438호 공보

특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 페라이트의 석출 강화를 위해 Ti나 Nb가 첨가된다. 그 때문에 열간 압연 시에 집합 조직이 발달하여 페라이트의 소성 이방성이 강해진다. 그 결과, 충분한 구멍 확장성이 얻어지지 않는다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 Si가 0.5％ 이상 첨가된다. 그 때문에, 열간 압연 시에 생성된 스케일에 의해, 강판에 줄무늬 모양(이하, 스케일 모양이라 함)이 생성되므로, 우수한 외관이 얻어지지 않는다.

특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 강판에 Si의 대체로서 Al을 첨가함으로써, 외관이나 화성 처리성을 향상시키고 있다. 그러나, Al을 첨가하면 페라이트 변태 개시 온도가 고온화되므로, 조대한 페라이트와 마르텐사이트가 형성된다. 그 결과, 특허문헌 2에 기재된 강판에서는, 페라이트와 마르텐사이트의 계면에서 균열이 발생하기 쉬워, 연신 및 구멍 확장성이 충분하지 않았다.

상기와 같은 사정을 감안하여, 본 발명은 외관이 우수함과 함께, 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수한 인장 강도 590㎫ 이상의 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 있어서, 외관이 우수하다란, 표면의 스케일 모양의 생성이 적은 것을 나타내고, 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수하다란, 20％ 이상의 연신과 100％ 이상의 구멍 확장률을 동시에 갖는 것을 나타낸다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위한 수단에 대하여 다양하게 검토하였다.

마이크로 조직이 마르텐사이트를 포함하면, 강도가 향상되지만, 구멍 확장성의 저하가 염려된다. 그 때문에, 강도를 향상시키기 위해, 마르텐사이트에 의한 강도 향상(변태 강화)의 대체로서, Ti나 Nb의 석출 강화를 이용하는 것이 생각된다. 그러나, Ti나 Nb를 함유시키면, 열간 압연 중에 집합 조직이 형성된다.

또한, 외관의 개선을 위해, 스케일 모양 생성의 원인으로 되는 Si의 대체로서 Al을 함유시키면, 조대한 마르텐사이트가 형성되어, 구멍 확장성이 열화된다. 본 발명자들은, 이들 2개의 과제를 해결시키기 위해서는, 변태 직전의 오스테나이트 조직을 제어하는 것이 중요한 것을 새롭게 발견하였다.

구체적으로는, 마무리 압연의 최종 패스에 있어서의 압하율을 20％ 이상으로 하고, 또한 마무리 압연 온도를 880℃ 이상, 1000℃ 이하로 함으로써, 오스테나이트의 재결정을 촉진시킬 수 있고, 이에 의해, 집합 조직의 개선을 도모할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 마무리 압연 종료 후, 0.01초∼1.0초 사이에 강판의 수랭을 개시함으로써, 단시간에 재결정을 완료시킬 수 있고, 이에 의해 미세한 재결정 오스테나이트를 만들 수 있는 것을 발견하였다. 미세한 재결정 오스테나이트로부터의 변태에서는, 페라이트의 핵 생성 사이트가 많고, 또한 빠르게 변태가 진행된다. 그 때문에, 상기 냉각 완료 후에 공랭을 행함으로써 미세한 페라이트가 형성되고, 공랭 중에 잔류하는 오스테나이트도 미세하게 잔존한다. 그 결과, 변태 후의 마르텐사이트를 미세화하는 것이 가능해진다.

본 발명은 상기의 지견에 기초하여 얻어졌다. 본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 열연 강판은, 화학 성분이, 질량％로, C:0.02∼0.10％, Si:0.005∼0.1％, Mn:0.5∼2.0％, P:0.1％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.2∼0.8％, N:0.01％ 이하, Ti:0.01∼0.11％, Nb:0∼0.10％, Ca:0∼0.0030％, Mo:0∼0.5％, Cr:0∼1.0％를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, Si 함유량과, Al 함유량의 합계가 0.20％ 초과, 0.81％ 미만이고, 마이크로 조직이, 면적률로, 90∼99％의 페라이트와, 1∼10％의 마르텐사이트를 갖고, 또한 베이나이트가 5％ 이하로 제한되고, 상기 마르텐사이트의 입경이 1∼10㎛이고, 강판의 압연면에 평행하고, 또한 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하이고, 인장 강도가 590㎫ 이상이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 열연 강판에서는, 상기 화학 성분이, 질량％로 Nb:0.01％∼0.10％, Ca:0.0005∼0.0030％, Mo:0.02∼0.5％, Cr:0.02∼1.0％ 중 1종 이상을 함유해도 된다.

(3) 본 발명의 다른 형태에 관한 열연 강판의 제조 방법은, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 화학 성분을 갖는 강을 연속 주조함으로써 슬래브를 얻는 주조 공정과, 상기 슬래브를 1200℃ 이상의 온도 영역까지 가열하는 가열 공정과, 가열된 상기 슬래브에 조압연을 행하는 조압연 공정과, 상기 조압연 공정 후에, 상기 슬래브를, 직렬로 배치된 복수의 압연기를 갖는 마무리 압연기열에서, 최종 패스의 압하율이 20％ 이상, 마무리 압연 온도가 880∼1000℃로 되도록 연속 마무리 압연하여 강판을 얻는 마무리 압연 공정과, 상기 마무리 압연 공정 완료로부터 0.01초∼1.0초 후에 개시되며, 상기 강판을, 30℃/초 이상의 냉각 속도로 600∼750℃의 온도 범위까지 수랭하는 1차 냉각 공정과, 상기 1차 냉각 공정 후, 상기 강판을, 3∼10초간 공랭하는 공랭 공정과, 상기 공랭 공정 후, 상기 강판을, 30℃/초 이상의 냉각 속도로 200℃ 이하까지 수랭하는 2차 냉각 공정과, 상기 2차 냉각 공정 후에 상기 강판을 권취하는 권취 공정을 구비한다.

본 발명의 상기 형태에 따르면, 소정의 화학 성분을 갖고, 마이크로 조직에 있어서, 페라이트의 조직 분율이 90％ 이상 99％ 이하, 또한 마르텐사이트의 입경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 마르텐사이트의 조직 분율이 1％ 이상 10％ 이하이고, 압연면에 평행하고, 또한, 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하이고, 인장 강도가 590㎫ 이상인 열연 강판이 얻어진다. 이 열연 강판은, 외관 및 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수하다.

또한, 소정의 화학 성분을 갖는 슬래브를 열간 압연할 때에, 마무리 압연 온도를 880℃ 이상, 1000℃ 이하로 함으로써 오스테나이트의 재결정을 촉진시켜, 집합 조직의 개선을 도모할 수 있다. 또한, 마무리 압하율(최종 패스에서의 압하율)을 20％ 이상으로 하고, 압연 종료 후에는 0.01초 이상, 1.0초 이내에 수랭을 개시함으로써, 단시간에 재결정을 완료시켜, 미세한 재결정 오스테나이트를 만들 수 있다. 미세한 재결정 오스테나이트로부터의 변태에서는, 페라이트의 핵 생성 사이트가 많고, 또한 빠르게 변태가 진행된다. 그 때문에, 그 후에 공랭을 행함으로써, 미세한 페라이트가 형성된다. 또한, 공랭 중에 잔류하는 오스테나이트도 미세하게 잔존하기 때문에, 변태 후의 마르텐사이트를 미세화하는 것이 가능해진다. 즉, 본 발명의 상기 형태에 따르면, 소정의 마이크로 조직과 X선 랜덤 강도비를 갖는 외관이 우수함과 함께 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수한 인장 강도 590㎫ 이상의 고강도 열연 강판을 제조할 수 있다.

도 1은 X선 랜덤 강도비와 구멍 확장률의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 열연 강판의 제조 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 열연 강판(이하, 본 실시 형태에 관한 열연 강판이라 말하는 경우가 있음)에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 인장 강도 590㎫ 이상의 고강도 열연 강판을 대상으로 한다. 이와 같은 고강도 열연 강판에 있어서, 구멍 확장성의 향상을 실현하기 위해서는, 그 마이크로 조직(금속 조직)에 있어서, 페라이트의 조직 분율(면적률)을 90％ 이상, 마르텐사이트의 조직 분율(면적률)을 10％ 이하로 하는 것이 효과적이다. 각 조직의 조직 분율 및 입경은, 예를 들어 적절하게 부식을 행한 강판의 광학 현미경 사진(시야 : 500×500㎛의 시야)에서 얻어진 조직 사진에 대해, 화상 해석을 행하여 구할 수 있다. 이와 같은 조직을 얻는 수단으로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재한 바와 같이, 0.5％ 이상의 Si를 함유시킨 강판에 대해, 열간 압연 공정의 런 아웃 테이블(이하, ROT라 함) 중에서 공랭(중간 공랭)을 실시하여, 페라이트 변태를 촉진시키는 방법이 생각된다. 그러나, Si는 Si 스케일을 기인으로 한 스케일 모양을 발생시키는 원인으로 된다. 그 때문에, Si를 함유시키면, 강판 사용 시의 외관 불량이 과제로 된다.

한편, Si를 첨가하지 않은 경우에는 페라이트 변태를 촉진시키기 위해 마무리 압연 온도를 저온화시킬 필요가 발생한다. 그러나, 마무리 압연 온도를 저온화하면 강판의 집합 조직의 발달을 초래한다. 구체적으로는, 압연면에 평행하고, 또한 압연 방향에 평행한 {211} <110>이 발달한다. 이와 같은 집합 조직이 발달하면, 소성 변형의 이방성이 강해져, 구멍 확장성이 열화된다.

즉, Si를 첨가하지 않은 강판에서 연신과 구멍 확장성의 밸런스를 향상시키는 것은, 종래 달성되어 있지 않았다.

본 실시 형태에 관한 열연 강판에서는, Si의 대체로서, Al로 페라이트 변태를 촉진시킨다. Al을 소정량 함유시켜, 페라이트를 미세한 오스테나이트로부터 변태시킴으로써, 페라이트의 조대화를 회피하는 것이 가능해진다.

또한, 마무리 압연에 있어서, 마무리 온도를 880∼1000℃, 최종 패스의 압하율을 20％ 이상으로 하고, 마무리 압연 종료 후, 0.01∼1.0초 사이에 1차 냉각을 개시한다. 이 1차 냉각에서는, 30℃/초 이상의 냉각 속도로 600∼750℃까지 냉각한다. 1차 냉각 후, 3∼10초 공랭하고, 공랭 후, 30℃/초 이상의 냉각 속도로 200℃ 이하까지 2차 냉각을 행하고, 권취한다. 상술한 제조 방법에 의해, 페라이트의 조직 분율이 90∼99％, 마르텐사이트의 입경이 1∼10㎛이고, 마르텐사이트의 조직 분율이 1∼10％이며, 강판 집합 조직이 압연면에 평행하고, 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하, 인장 강도가 590㎫ 이상인 열연 강판을 얻을 수 있다. 이 열연 강판은, 외관 및 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수하다.

이하에 본 실시 형태에 관한 열연 강판에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 화학 성분의 한정 이유에 대하여 설명한다.

C:0.02∼0.10％

C는 강판의 강도를 향상시키기 위해 중요한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, C 함유량의 하한을 0.02％로 한다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.04％이다. 한편, C 함유량이 0.10％를 초과하면 인성이 열화되어, 강판으로서의 기본적인 특성을 확보할 수 없다. 그 때문에, C 함유량의 상한을 0.10％로 한다.

Si:0.005∼0.1％

Si는 예비 탈산에 필요한 원소이다. 그 때문에, Si 함유량의 하한을 0.005％로 한다. 한편, Si는 외관 불량을 야기하는 원인으로 되는 원소이기 때문에, Si 함유량의 상한을 0.1％로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 미만이고, 보다 바람직하게는 0.07％ 이하이고, 더욱 바람직하게는, 0.05％ 이하이다.

Mn:0.5∼2.0％

Mn은 켄칭성 향상 및 고용 강화에 의해 강판의 강도 상승에 기여하는 원소이다. 목적의 강도를 얻기 위해, Mn 함유량의 하한을 0.5％로 한다. 그러나, Mn 함유량이 과잉이면 인성의 등방성에 유해한 MnS가 생성된다. 그 때문에, Mn 함유량의 상한을 2.0％로 한다.

P:0.1％ 이하

P는 불순물이며, 가공성이나 용접성에 악영향을 미침과 함께, 피로 특성도 저하시키는 원소이다. 그 때문에, P 함유량은 낮을수록 바람직하지만, 탈인 비용의 관계로부터 그 하한을 0.0005％로 해도 된다. P 함유량이 0.1％를 초과하면, 그 악영향이 현저해지기 때문에, P 함유량을 0.1％ 이하로 제한한다.

S:0.01％ 이하

S는 인성의 등방성에 유해한 MnS 등의 개재물을 생성시킨다. 그 때문에, S 함유량은 낮을수록 바람직하지만, 탈황 비용의 관계로부터 그 하한을 0.0005％로 해도 된다. S 함유량이, 0.01％를 초과하면 그 악영향이 현저해지기 때문에, S 함유량을 0.01％ 이하로 제한한다. 특히 엄격한 저온 인성이 요구되는 경우에는, S 함유량을 0.006％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Al:0.2∼0.8％

Al은 본 실시 형태에 관한 열연 강판에 중요한 원소이다. 마무리 압연 후의 ROT에서의 냉각 중에 페라이트 변태를 촉진시키기 위해, Al 함유량의 하한을 0.2％로 한다. 그러나, Al 함유량이 과잉으로 되면, 클러스터상으로 석출된 알루미나가 생성되어, 인성이 열화된다. 그 때문에, Al 함유량의 상한을 0.8％로 한다.

N:0.01％ 이하

N은 S보다도 높은 온도 영역에서 Ti와 석출물을 형성하는 원소이다. N 함유량이 과잉이면, S를 고정하는 데에 유효한 Ti를 감소시킬 뿐만 아니라, 조대한 Ti 질화물을 형성하여 강판의 인성을 열화시킨다. 따라서 N 함유를 0.01％ 이하로 제한한다.

Ti:0.01∼0.11％

Ti는 석출 강화에 의해 강판의 강도를 향상시키는 원소이다. 페라이트를 석출 강화하여, 우수한 연신과 구멍 확장성의 밸런스를 얻기 위해, Ti 함유량의 하한을 0.01％로 한다. 그러나, Ti 함유량이 0.11％를 초과하면 TiN을 기인으로 한 개재물이 생성되어, 구멍 확장성이 열화된다. 그 때문에, Ti 함유량의 상한을 0.11％로 한다.

0.20％<Si+Al<0.81％

Si 및 Al은 둘 다 페라이트 변태를 촉진시키는 원소이다. Si 함유량과 Al 함유량의 합계인 Si+Al이 0.20％ 이하에서는 중간 공랭 중에 페라이트 변태가 진행되지 않아, ROT 냉각 중에 목적의 페라이트 조직 분율을 얻을 수 없다. 한편, Si+Al이 0.81％ 이상에서는, 페라이트 변태 온도가 과도하게 높아져, 압연 중에 페라이트 변태가 일어나기 때문에, 집합 조직의 이방성이 강해진다. Si+Al은, 바람직하게는 0.20％ 초과, 0.60％ 이하이다.

본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 상술한 화학 성분을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것을 기본으로 한다. 그러나, 제조 변동을 저감시키거나, 강도를 보다 향상시키기 위해, Nb, Ca, Mo, Cr로부터 선택되는 1종 이상을 하기의 범위에서 더 함유시켜도 된다. 또한, 이들 화학 원소는, 반드시 강판 중에 첨가할 필요는 없기 때문에, 그 하한은 0％이다.

Nb:0.01∼0.10％

Nb는 열연 강판의 결정 입경을 작게 하는 것 및 NbC의 석출 강화에 의해 강판의 강도를 높일 수 있다. 이들 효과를 얻는 경우, Nb 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 0.10％를 초과하면, 그 효과는 포화된다. 그 때문에, Nb 함유량의 상한을 0.10％로 한다.

Ca:0.0005∼0.0030％

Ca는 용강 중에 미세한 산화물을 다수 분산시켜, 조직을 미세화하는 효과를 갖는다. 또한, Ca는, 용강 중의 S를 구형의 CaS로서 고정하여, MnS 등의 연신 개재물의 생성을 억제함으로써, 강판의 구멍 확장성을 향상시키는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Ca 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ca 함유량이 0.0030％를 초과해도 그 효과는 포화되기 때문에, Ca 함유량의 상한을 0.0030％로 한다.

Mo:0.02∼0.5％

Mo는 페라이트를 석출 강화시키는 데에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Mo 함유량을 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, Mo 함유량이 과잉으로 되면, 슬래브의 균열 감수성이 높아져 슬래브의 취급이 곤란해진다. 그 때문에, Mo 함유량의 상한을 0.5％로 한다.

Cr:0.02∼1.0％

Cr은 강판의 강도를 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Cr 함유량을 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, Cr 함유량이 과잉으로 되면, 연신이 저하된다. 그 때문에 Cr 함유량의 상한을 1.0％로 한다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 열연 강판의 마이크로 조직 및 X선 랜덤 강도비에 대하여 설명한다.

고강도와 높은 연신을 양립한 강판으로서, 연질이며 연신이 우수한 페라이트 중에 마르텐사이트 등의 경질 조직을 분산시킨 강판인 복합 조직강이 있다. 이와 같은 복합 조직강은, 고강도이면서 높은 연신을 갖고 있다. 그러나, 복합 조직강의 경우, 경질 조직 근방에 높은 변형이 집중되어, 균열 전반 속도가 빨라지므로, 구멍 확장성이 낮다고 하는 결점이 있다.

마르텐사이트의 존재에 기인하는 구멍 확장성의 열화를 억제하기 위해서는, 마르텐사이트의 입경을 10㎛ 이하로 한 후에, 마이크로 조직 중의 마르텐사이트의 조직 분율(면적률)을 10％ 이하로 하는 것이 유효하다. 한편, 피로 특성이나 연신과 강도의 밸런스를 확보하기 위해서는, 마르텐사이트의 면적률을 1％ 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 구멍 확장성의 열화를 억제하기 위해, 마르텐사이트의 면적률을 10％ 이하로 저하시킨 경우, 충분한 강도가 얻어지지 않는 것이 염려된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 열연 강판에 있어서는, 연신을 확보하면서, 강도를 향상시키는 수단으로서, Ti에 의해 석출 강화한 페라이트를 면적률로 90％ 이상 포함하는 것을 필요로 하고 있다. 그러나, 석출 강화를 목적으로 하여, 강판 중에 Ti를 함유시키면, 마무리 압연 중의 오스테나이트의 재결정이 억제되기 때문에, 마무리 압연에 의해 강한 가공 집합 조직이 형성된다. 이 가공 조직은, 변태 후에도 이어져, 변태 후의 강판에 있어서, 집합 조직은 강한 집적도를 나타내어, 구멍 확장성이 열위로 된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 열연 강판에 있어서는, 상기 페라이트 및 마르텐사이트의 면적률 최적화에 더하여, 강판의 집합 조직의 지표로서, 압연면에 평행하고, 또한 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비를 3.0 이하로 하고 있다. 상기와 같이 조직 분율과 집합 조직을 최적의 범위로 함으로써, 높은 연신과 구멍 확장성을 양립하는 것이 가능하다.

또한, 베이나이트는, 페라이트에 대하여 연신과 구멍 확장성이 열위이고, 마르텐사이트보다도 강도 상승이 낮아진다. 따라서, 연신과 구멍 확장성의 양립이 곤란해진다고 하는 이유로, 베이나이트의 면적률은 5％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 열연 강판에 있어서, 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트 이외의 조직에 대하여, 그 면적률을 규정할 필요는 없다.

다음에 본 실시 형태에 관한 열연 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 상술한 화학 성분을 갖는 강을 연속 주조하여, 연속 주조 슬래브(이하, 슬래브라 함)를 얻는다(주조 공정). 열간 압연에 앞서서, 슬래브를 1200℃ 이상으로 가열한다(가열 공정). 1200℃ 미만에서 슬래브를 가열한 경우, TiC가 슬래브 중에 충분히 용해되지 않아, 페라이트의 석출 강화에 필요한 Ti가 부족하다. 한편, 가열 온도가 1300℃ 이상으로 되면, 스케일의 발생량이나 가열로의 메인터넌스 비용이 증대되기 때문에, 바람직하지 않다.

가열한 슬래브에 대해, 조압연을 행하고(조압연 공정), 또한 압연기가 직렬로 복수 배치된 마무리 압연기열에서 연속 마무리 압연을 행한다(마무리 압연 공정). 이때, 마무리 압연의 최종의 압하율(마무리 압연의 최종 패스의 압하율)은 20％ 이상으로 하고, 최종의 마무리 압연의 마무리 온도 FT(최종 패스 완료 시의 온도)는 880∼1000℃로 한다. 오스테나이트의 재결정을 고온에서 일으키기 위해서는 최종 패스의 압하율로서 20％ 이상의 압하율이 필요로 된다. 최종 패스의 압하율이 20％ 미만에서는 재결정에 필요한 구동력이 충분하지 않아, 마무리 압연의 최종 패스 완료 후로부터 냉각 개시까지의 사이에 입성장이 일어난다. 그 결과, 마르텐사이트가 조대화되어 구멍 확장성이 열위로 된다. 마무리 압연 온도가 880℃ 미만에서는 오스테나이트의 재결정이 진행되지 않고, 강판의 집합 조직이 발달하여, 압연면에 평행하고, 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 초과로 되므로, 구멍 확장성이 열위로 된다. 마무리 압연 온도가 1000℃ 초과에서는 오스테나이트의 결정 입경이 조대화됨과 함께, 전위 밀도가 급격하게 저하되기 때문에 페라이트 변태가 대폭 지연된다. 그 결과, 90％ 이상의 페라이트의 조직 분율이 얻어지지 않게 된다.

또한, 보다 확실하게 오스테나이트를 재결정시키기 위해서는, 마무리 압연 온도는 900℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

마무리 압연에 이어서, 1차 냉각을 행한다(1차 냉각 공정). 이 1차 냉각은 마무리 압연 완료 후, 0.01∼1.0초 사이에 개시한다. 1차 냉각에서는 수랭을 행하지만, 압연 후에 오스테나이트의 재결정을 완료시키기 위해서는 마무리 압연 완료로부터 1차 냉각 개시까지, 0.01초 이상 공랭(방랭)할 필요가 있다. 확실하게 재결정을 완료시키기 위해, 마무리 압연 완료로부터 1차 냉각 개시까지의 시간을, 바람직하게는 0.02초 이상, 보다 바람직하게는 0.05초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 공랭 시간이 길면 재결정된 오스테나이트의 결정립의 조대화가 일어나, 페라이트 변태가 대폭 지연되고, 조대한 마르텐사이트가 형성된다. 페라이트와 마르텐사이트의 계면에 발생하는 보이드를 억제하고, 우수한 구멍 확장성을 얻기 위해서는 마르텐사이트의 입경을 10㎛ 이하로 하는 것이 중요하다. 그를 위해서는 오스테나이트의 결정립 조대화를 억제해 둘 필요가 있으므로, 1차 냉각은 마무리 압연 완료 후 1.0초 이내에 개시한다.

마무리 압연 후의 1차 냉각은 30℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각 정지 온도가 600∼750℃의 온도 범위로 되도록 행한다. 또한, 1차 냉각 완료 후, 이 온도 범위에서, 3∼10초의 중간 공랭을 행한다(공랭 공정). 미세한 오스테나이트는 결정립의 성장 속도가 빠르므로, 냉각 속도가 30℃/초 미만에서는 냉각 중에 입성장하여, 조직이 조대해진다. 한편, 1차 냉각의 냉각 속도가 너무 빠르면 강판의 판 두께 방향으로 온도 분포가 발생하기 쉬워진다. 판 두께 방향으로 온도 분포가 존재하면, 페라이트 및 마르텐사이트의 입경이, 강판 중심부와 표층부에서 변화되어, 재질 변동이 커지는 것이 염려된다. 그 때문에, 1차 냉각의 냉각 속도는 100℃/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 냉각 정지 온도 및 공랭을 행하는 온도 범위가 600℃ 미만에서는 페라이트 변태가 지연되어, 높은 페라이트 분율이 얻어지지 않아, 연신이 열화된다. 한편, 냉각 정지 온도 및 공랭을 행하는 온도 범위가 750℃ 초과에서는 페라이트 중에 TiC가 조대 석출되기 때문에 페라이트의 석출 강화가 충분히 얻어지지 않아, 인장 강도 590㎫가 얻어지지 않는다. 중간 공랭은 페라이트 변태를 일으키게 하기 위해 3초 이상 필요로 되지만, 10초 초과의 공랭에서는 베이나이트의 석출이 진행됨으로써 연신과 구멍 확장성이 열위로 된다.

중간 공랭 후에는 30℃/초 이상의 냉각 속도로, 200℃ 이하까지 강판을 냉각하는 2차 냉각을 행하고(2차 냉각 공정), 권취한다(권취 공정). 2차 냉각의 냉각 속도가 30℃/초 미만에서는 베이나이트 변태가 진행되어, 마르텐사이트가 얻어지지 않게 된다. 이 경우, 인장 강도가 저하되어, 연신이 열위로 된다. 한편, 2차 냉각의 냉각 속도가 너무 빠르면 강판의 판 두께 방향으로 온도 분포가 발생하기 쉬워진다. 판 두께 방향으로 온도 분포가 존재하면, 페라이트 및 마르텐사이트의 입경이, 강판 중심부와 표층부에서 변화되어, 재질 변동이 커지는 것이 염려된다. 그 때문에, 2차 냉각의 냉각 속도는, 100℃/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 냉각 정지 온도가 200℃ 초과에서는 마르텐사이트의 자기 템퍼링 효과가 발생한다. 자기 템퍼링이 일어나면, 인장 강도가 저하되어, 연신이 열위로 된다.

실시예

표 1에 나타내는 성분을 함유하는 강을 전로에서 용제하고, 연속 주조에 의해 두께 230㎜의 슬래브로 하였다. 그 후, 슬래브를 1200℃∼1250℃의 온도로 가열하고, 연속 열간 압연 장치에 의해 조압연, 마무리 압연을 행하고, ROT 냉각 후에 권취를 행하여, 열연 강판을 제조하였다. 표 2에는, 사용한 강종 기호와 열간 압연 조건, 강판의 판 두께를 나타낸다. 표 2에 있어서, 「FT6」은 최종 마무리 패스 완료 시의 온도, 「냉각 개시 시간」은 마무리 압연으로부터 1차 냉각 개시까지의 시간, 「1차 냉각」은 마무리 압연을 종료하고 나서 중간 공랭 온도까지의 평균 냉각 속도, 「중간 온도」는 1차 냉각 후의 중간 공랭 온도, 「중간 시간」은 1차 냉각 후의 중간 공랭 시간, 「2차 냉각」은 중간 공랭 후부터 권취할 때까지의 평균 냉각 속도, 「권취 온도」는 2차 냉각 종료 후의 온도이다.

이와 같이 하여 얻어진 강판에 대하여 광학 현미경을 사용하여 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트의 조직 분율과 집합 조직 해석을 행하였다. 또한 마르텐사이트의 입경을 조사하였다.

강판의 페라이트, 베이나이트의 조직 분율에 대해서는, 나이탈 부식 후에 광학 현미경을 사용하여 500×500㎛의 시야에서 얻어진 조직 사진에 대해, 화상 해석을 행하여 면적률을 구하였다. 마르텐사이트의 조직 분율 및 입경은 레페라 부식 후에 광학 현미경을 사용하여 500×500㎛의 시야에서 얻어진 조직 사진에 대해, 화상 해석을 사용하여 면적률 및 입경을 구하였다.

집합 조직 해석은, 판 두께 방향으로 표면으로부터 1/4의 위치인 판 두께 1/4부에 있어서 압연면에 평행하고, 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비를 평가하였다. EBSD(Electron Back Scattering Diffraction Pattern)법을 사용하여, 픽셀의 측정 간격이 평균 입경의 1/5 이하이고, 결정립을 5000개 이상 측정할 수 있는 영역에서 측정하고, ODF(Orientation Distribution Function)의 분포로부터 X선 랜덤 강도비를 측정하였다. 또한, X선 랜덤 강도비가 3.0 이하를 합격으로 하였다.

강판의 인장 시험에 대해서는, 강판의 압연 폭 방향(C 방향)으로 JIS5호 시험편을 채취하고, JISZ2241에 준거하여, 항복 강도 : YP(㎫), 인장 강도 : TS(㎫), 연신 : EL(％)을 평가하였다.

구멍 확장률 : λ(％)에 대해서는, ISO16630에서 규정하는 방법에 의해 평가를 행하였다.

강판 외관의 평가는, 열연 코일의 외주 10m 위치에서 강판을 길이 방향으로 500㎜ 절단하여, 스케일 모양의 면적률을 측정하였다. 스케일 모양의 면적률이 10％ 이하이었던 것을 「G : GOOD」로 하였다. 한편, 스케일 모양의 면적률이 10％ 초과이었던 것을 「B : BAD」로 하였다.

표 3에 각 조직의 조직 분율(면적률), 마르텐사이트 입경, 집합 조직, 재질, 외관의 평가 결과를 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이 본 발명예는 인장 강도가 590㎫ 이상이고, 페라이트의 조직 분율 90％ 이상, 또한 마르텐사이트의 입경이 10㎛ 이하이고, 그 조직 분율이 1％ 이상 10％ 이하이고, 압연면에 평행하고, 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하이다. 즉, 본 발명예는 모두, 외관과, 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수하다.

이에 대하여, No.2는 중간 공랭 온도가 높았으므로, Ti가 페라이트 중에 조대 석출되어, 충분한 석출 강화가 얻어지지 않았기 때문에, 인장 강도가 590㎫ 미만이었다.

No.5는 마무리 온도가 880℃ 미만이었으므로, 강판 집합 조직의 이방성이 강하여, 구멍 확장성이 열위이었다.

No.8은 마무리 압연 후의 1차 냉각 개시까지의 시간이 1.0초 초과로, 오스테나이트 조직의 조대화가 진행되어, 페라이트 변태가 대폭 지연된 것에 의해, 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

No.12는 중간 공랭 시간이 3초 미만이기 때문에, 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않았으므로, 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

No.16은 중간 공랭 시간이 10초 초과이기 때문에, 베이나이트 변태가 진행되어, 마르텐사이트의 조직 분율이 얻어지지 않았으므로, 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

No.17은 중간 공랭 온도가 600℃ 미만이었으므로, 페라이트의 조직 분율이 얻어지지 않아, 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

No.20은 마무리 온도가 1000℃ 초과이었으므로, 오스테나이트 조직의 조대화에 의해 페라이트 변태가 지연되어, 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

No.22는 권취 온도가 200℃ 초과이었으므로, 마르텐사이트가 얻어지지 않고, 베이나이트가 생성되었다. 그 때문에, 인장 강도가 590㎫ 미만이며, 또한 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

No.24는 최종 패스의 압하율이 20％ 미만이었으므로, 마르텐사이트가 조대화되어, 10㎛ 초과로 되었다. 그 때문에 구멍 확장성이 열위이었다. 또한, 오스테나이트의 재결정도 충분하지 않았으므로, 강판 집합 조직의 이방성이 강하여, 구멍 확장성이 열위이었다.

No.29는 Al 함유량이 0.2질량％ 미만이었으므로, 페라이트 변태가 진행되지 않아, 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

No.30은 Si 함유량이 0.1질량％ 초과이었으므로, 외관에 스케일 모양이 다수 보이고, 스케일 모양의 면적률이 전체의 10％ 초과로 되었다.

No.31은 마무리 압연 후의 1차 냉각 개시까지의 시간이 0.01초 미만이었으므로, 재결정이 충분히 진행되지 않아, 집합 조직이 발달하여, 구멍 확장성이 열위이었다.

No.32는 1차 냉각의 냉각 속도가 30℃/초 미만이었으므로, 마르텐사이트 입경이 10㎛를 초과하여, 구멍 확장성이 저하되었다.

No.33은 2차 냉각의 냉각 속도가 30℃/초 미만이었으므로, 냉각 중에 베이나이트가 5％ 초과로 되었다. 그 때문에, 연신과 구멍 확장성이 열위이었다.

본 발명의 상기 형태에 따르면, 소정의 화학 성분을 갖고, 조직의 비율이, 페라이트의 조직 분율 90％ 이상 99％ 이하, 또한 마르텐사이트의 입경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 그 조직 분율이 1％ 이상 10％ 이하이고, 압연면에 평행하고 또한 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하이고, 인장 강도가 590㎫ 이상인 열연 강판이 얻어진다. 이 열연 강판은, 외관 및 연신과 구멍 확장성의 밸런스가 우수하다.

Claims (3)

1. 화학 성분이, 질량％로,
   C:0.02∼0.10％,
   Si:0.005∼0.1％,
   Mn:0.5∼2.0％,
   P:0.1％ 이하,
   S:0.0030~0.01％,
   Al:0.2∼0.8％,
   N:0.01％ 이하,
   Ti:0.01∼0.04％,
   Nb:0∼0.10％,
   Mo:0∼0.5％,
   Cr:0∼1.0％를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고,
   Si 함유량과, Al 함유량의 합계가 0.20％ 초과, 0.81％ 미만이고,
   마이크로 조직이, 면적률로, 90∼99％의 페라이트와, 1∼10％의 마르텐사이트를 갖고, 또한 베이나이트가 5％ 이하로 제한되고,
   상기 마르텐사이트의 입경이 1∼10㎛이고,
   강판의 압연면에 평행하고, 또한 압연 방향에 평행한 {211} <011> 방위의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하이고,
   인장 강도가 590㎫ 이상이고,
   20% 이상의 연신과 100% 이상의 구멍 확장률을 동시에 갖는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화학 성분이, 질량％로
   Nb:0.01％∼0.10％,
   Mo:0.02∼0.5％,
   Cr:0.02∼1.0％ 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 화학 성분을 갖는 강을 연속 주조함으로써 슬래브를 얻는 주조 공정과,
   상기 슬래브를 1200℃ 이상의 온도 영역까지 가열하는 가열 공정과,
   가열된 상기 슬래브에 조압연을 행하는 조압연 공정과,
   상기 조압연 공정 후에, 상기 슬래브를, 직렬로 배치된 복수의 압연기를 갖는 마무리 압연기열에서, 최종 패스의 압하율이 20％ 이상, 마무리 압연 온도가 880∼1000℃로 되도록 연속 마무리 압연하여 강판을 얻는 마무리 압연 공정과,
   상기 마무리 압연 공정 완료로부터 0.01초∼1.0초 후에 개시되며, 상기 강판을, 30℃/초 이상의 냉각 속도로 600∼750℃의 온도 범위까지 수랭하는 1차 냉각 공정과,
   상기 1차 냉각 공정 후, 상기 강판을, 3∼10초간 공랭하는 공랭 공정과,
   상기 공랭 공정 후, 상기 강판을, 30℃/초 이상의 냉각 속도로 200℃ 이하까지 수랭하는 2차 냉각 공정과,
   상기 2차 냉각 공정 후에 상기 강판을 권취하는 권취 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 제조 방법.

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