KR102116757B1 - 배기계용 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

중량%로 C: 0.015 내지 0.05%, Si: 0.2% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.1 내지 0.3%, Al: 0.1% 이하(0%를 제외함) 및 Cr: 2.0 내지 4.0%를 포함하고, Mo: 0.5% 이하(0%를 제외함) 및 W: 0.3% 이하(0%를 제외함) 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하며, 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상을 5 면적% 이하로 포함하는 배기계용 냉연강판.
배기계용 냉연강판이 소개된다.
[식 1] 0.05 ≤ 0.6*[Mo]+[W] (단위: 중량%)
(상기 식 1에서, [Mo] 및 [W]는 각각 Mo 및 W의 함량(중량%)을 의미한다.)

Description

배기계용 냉연강판 및 그 제조방법{COLD ROLLED STEEL SHEET FOR EXHAUST SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 배기계용 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 성분 조성의 함량 및 제조 조건의 제어를 통해, 내식성 및 가공성을 동시에 확보할 수 있는 배기계용 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 운행시 자동차의 엔진에서 화석연료가 연소하여 황산가스, 질산가스 등의 유독성 배기가스와 함께 수증기가 발생하고 배기계로 배출되며, 운행 상태에 따라 배기계 내부 온도는 고온과 저온으로 반복하여 변화한다. 고온에서 이슬점 이하의 저온으로 냉각되는 과정에서 배기계 내부에는 응축수가 생성되는데 이와 같이 생성된 응축수는 배기가스로부터 용해된 이온들을 포함한다.
이러한 이온이 포함된 응축수는 생성과 건조에 따라 이온의 농도 및 pH가 변화하여 강산 및 약산에 의한 복합적인 부식이 활발히 진행되는 환경을 조성한다. 결과적으로, 응축수에 의한 부식은 사용 시간 경과에 따라 배기계 내부로부터 강판의 관통을 유발하여 배기계의 기능 상실을 가져온다. 따라서 자동차용 배기계에 사용되는 강판은 수명 연장을 위해 이러한 복합 부식환경에 대한 내식성이 우수해야 한다. 또한, 원하는 형태의 배기계 성형를 위해서는 일정량 이상의 기계적 물성이 충족되어야 한다.
통상적으로 배기계의 재료로 사용되는 강판으로는 알루미늄 도금 강판과 스테인리스 강판이 있다. 그 중, 알루미늄 도금 강판은 일반적인 탄소강에 알루미늄이 도금되어 있는데 Al2O3 부동태막에 의한 강한 내식성을 가진다. 특히, 배기계 외면에서 발생할 수 염에 의한 부식에 대한 내식성은 아주 강한 장점이 있으며, 배기계 내면에서도 일정 범위의 pH 범위에서 내식성을 발휘한다. 하지만 낮은 pH에서는 용출되어 제거되고 한 번 제거될 경우, 더 이상 내식성을 발휘할 수 없는 한계가 있다. 이와 같은 문제를 극복하기 위해 강판에 Cu의 첨가를 통해 pH가 낮은 환경에서의 부식을 억제하는 방법을 시도하였으나, Cu의 첨가는 높은 pH 영역에서 오히려 부식을 촉진시키는 단점이 있어 한계가 있다.
스테인리스 강판 역시 배기계 내면에서의 부식에 대해 일정 범위의 pH에서 Cr2O3 부동태막에 의한 내식성을 가진다. pH가 낮을 경우, 부동태막은 활성화되어 내식성을 잃지만 pH가 상승하면 강판 내에 고용되어 있는 Cr이 다시 산화되어 부동태화하여 내식성을 회복하는 장점이 있다. 하지만 알루미늄 도금을 할 경우에 비해 배기계 외면부에서 염에 의해 쉽게 녹이 발생하는 단점이 있다. 뿐만 아니라 고가의 합금원소가 다량 첨가되어 경제성이 떨어진다는 한계가 있다.
본 발명은 성분 조성의 함량 및 제조 조건의 제어를 통해, 내식성 및 가공성을 동시에 확보할 수 있는 배기계용 냉연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 중량%로 C: 0.015 내지 0.05%, Si: 0.2% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.1 내지 0.3%, Al: 0.1% 이하(0%를 제외함) 및 Cr: 2.0 내지 4.0%를 포함하고, Mo: 0.5% 이하(0%를 제외함) 및 W: 0.3% 이하(0%를 제외함) 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하며, 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상을 5 면적% 이하로 포함한다.
[식 1] 0.05 ≤ 0.6*[Mo]+[W] (단위: 중량%)
(상기 식 1에서, [Mo] 및 [W]는 각각 Mo 및 W의 함량(중량%)을 의미한다.)
P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함) 및 N: 0.007% 이하(0%를 제외함)를 더 포함할 수 있다.
항복강도가 200 내지 260MPa이고, 연신율이 35% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판 제조방법은 중량%로 C: 0.015 내지 0.05%, Si: 0.2% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.1 내지 0.3%, Al: 0.1% 이하(0%를 제외함) 및 Cr: 2.0 내지 4.0%를 포함하고, Mo: 0.5% 이하(0%를 제외함) 및 W: 0.3% 이하(0%를 제외함) 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 소둔하는 단계; 및 상기 소둔한 냉연강판을 하기 식 2를 만족하도록 냉각하는 단계;를 포함한다.
[식 1] 0.05 ≤ 0.6*[Mo]+[W] (단위: 중량%)
(상기 식 1에서, [Mo] 및 [W]는 각각 Mo 및 W의 함량(중량%)을 의미한다.)
[식 2] [Cr]*[냉각속도] ≤ 25
(상기 식 2에서, [Cr]은 Cr의 함량(중량%)을 의미하고, [냉각속도]는 냉연강판을 냉각하는 속도(℃/sec)를 의미한다.)
상기 냉연강판을 냉각하는 단계 이후, 상기 냉각된 냉연강판을 0.6 내지 1.4%의 압하율로 압연하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 열연강판을 권취하는 단계에서, 상기 열연강판을 550 내지 750℃의 권취온도로 권취할 수 있다.
상기 냉연강판을 소둔하는 단계에서, 상기 냉연강판을 550 내지 900℃의 소둔온도로 소둔할 수 있다.
상기 냉연강판을 냉각하는 단계에서, 상기 소둔한 냉연강판을 5 내지 9℃/sec의 냉각속도로 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 고가의 합금성분을 다량 첨가하지 않고 첨가량을 최적화하여 경제성을 가지면서도 내식성과 가공성이 우수한 냉연강판을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판에 알루미늄 등의 도금을 실시할 경우, 알루미늄 도금층이 제거되더라도 배기계 내면 부식환경에서 우수한 내식성을 가질 수 있어 알루미늄 도금 강판의 단점을 효과적으로 극복할 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
배기계용 냉연강판
본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 중량%로 C: 0.015 내지 0.05%, Si: 0.2% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.1 내지 0.3%, Al: 0.1% 이하(0%를 제외함) 및 Cr: 2.0 내지 4.0%를 포함하고, Mo: 0.5% 이하(0%를 제외함) 및 W: 0.3% 이하(0%를 제외함) 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함) 및 N: 0.007% 이하(0%를 제외함)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 하기에서는 성분 함량의 한정이유에 대하여 설명한다.
탄소(C): 0.015 내지 0.05%
C의 함량이 너무 낮을 경우, 강도가 낮아 구조재로 사용되기 어렵고 함량을 낮추기 위해서는 정련 공정이 추가적으로 필요하여 생산성을 떨어뜨릴 수 있다. 반면, C의 함량이 너무 높을 경우, 내식성을 향상시키기 위해 첨가되는 Cr의 영향으로 냉각속도가 빠르게 되면 펄라이트 상 및 베이나이트 상의 과도한 형성을 유발하여 가공성을 떨어뜨릴 수 있다. 적당한 가공성의 확보를 위해 C의 함량을 0.015 내지 0.05%로 제한한다.
규소(Si): 0.2% 이하
Si은 탈탄제로 사용될 수 있는 원소이며, 고용강화에 의한 강도의 향상에 기여할 수 있다. 또한, 표면에 생성되는 SiO2 산화물은 응축수 부식을 지연하는 역할도 할 수 있다. 하지만 Si의 함량이 너무 높을 경우, 소둔 시 표면에 Si계 산화물이 생성되어 도금 시 결함을 유발하여 도금성을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 Si의 함량을 0.2% 이하로 제한한다.
망간(Mn): 0.1 내지 0.3%
Mn은 강중 고용 S와 결합하여 MnS로 석출됨으로써 고용 S에 의한 적열취성(Hot shortness)을 방지할 수 있다. 하지만 Mn의 함량이 너무 높을 경우, 재질이 경화되어 연성을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 Mn의 함량을 0.1 내지 0.3%로 제한한다.
알루미늄(Al): 0.1% 이하
Al은 탈산 효과가 매우 큰 원소이며, 강중의 N와 반응하여 AlN를 석출시킴으로써 고용 N에 의한 성형성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 하지만 Al의 함량이 너무 높을 경우, 연성이 급격히 저하될 수 있다. 따라서 Al의 함량을 0.1% 이하로 제한한다.
인(P): 0.01% 이하
일정량 이하의 P의 첨가는 강의 연성을 크게 감소시키지 않으며, 강도를 올릴 수 있다. 다만, P의 함량이 너무 높을 경우, 결정립계에 편석하여 강을 경화시킬 수 있다. 따라서 P의 함량을 0.01% 이하로 제한할 수 있다.
황(S): 0.01% 이하
S는 고용시 적열취성을 유발하는 원소이기 때문에 Mn의 첨가를 통해 MnS의 석출이 유도되어야 한다. 하지만 S의 함량이 너무 높을 경우, 과다한 MnS의 석출로 인해 강을 경화시킬 수 있다. 따라서 S의 함량을 0.01% 이하로 제한할 수 있다.
질소(N): 0.007% 이하
N은 강 중에 불가피한 원소로서 함유될 수 있다. N의 함량이 너무 높을 경우, 석출되지 못하고 고용된 상태로 존재하는 N은 연성을 떨어뜨리며, 내시효성을 악화시킬 뿐만 아니라 가공성을 떨어뜨릴 수 있고, Ti, Nb 등의 원소와 결합하여 석출물을 형성할 경우에는 내식성을 크게 악화시킬 수 있다. 따라서 N의 함량을 0.007% 이하로 제한할 수 있다.
크롬(Cr): 2.0 내지 4.0%
Cr은 Cr2O3 부동태 피막을 쉽게 형성하여 강판의 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라 다량 첨가되더라도 강판의 가공성을 크게 떨어뜨리지 않기 때문에 대표적인 내식성 향상 원소로 이용될 수 있다. Cr의 함량이 너무 낮을 경우, 내식성 향상 효과가 충분하지 않을 수 있다. 반면, Cr의 함량이 너무 높을 경우, 용강 내에서 산소 친화력이 높아 정련 공정에서 C의 함량을 제어하기 매우 어렵게 되어 생산성을 떨어뜨리고, 냉각 과정에서 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상의 형성을 유발하여 가공성을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 Cr의 함량을 2.0 내지 4.0%로 제한한다.
몰리브덴(Mo): 0.5% 이하
Mo는 산소와 결합하여 내식성이 우수한 부동태 산화물을 형성하는 원소로서 소량 첨가 시에도 내식성 향상의 효과가 있으며, 특히, pH가 낮은 경우에 Cr 산화물은 이온화되는 반면, Mo 산화물은 부동태 산화물로 유지되기 때문에 강산 환경에서의 내식성 향상에 효과가 있을 수 있다. 다만, Mo의 ?량이 너무 높을 경우, 첨가량 대비 내식성 향상 효과가 작고, 고가의 원소이기 때문에 경제성을 고려하여 Mo의 함량을 0.5% 이하로 제한한다.
텅스텐(W): 0.3% 이하
W는 Mo와 유사하게 산소와 결합하여 pH가 낮은 강산에서 내식성이 우수한 부동태 산화물을 형성하는 원소로서 소량 첨가 시에도 내식성 향상에 효과가 있을 수 있다. 하지만 W의 함량이 너무 높을 경우, 첨가량 대비 내식성 향상 효과가 작으며, 용융점이 매우 높은 원소로서 제강 공정에서 생산성을 떨어뜨리기 때문에 W의 함량을 0.3% 이하로 제한한다.
상기 조성 이외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 본 발명의 강재는 다른 조성의 첨가를 배제하는 것은 아니다. 불가피한 불순물은 통상의 철강제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않게 혼입될 수 있는 것으로, 이를 배제할 수는 없다. 불가피한 불순물은 통상의 철강제조 분야의 기술자라면 이해할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1] 0.05 ≤ 0.6*[Mo]+[W] (단위: 중량%)
상기 식 1에서, [Mo] 및 [W]는 각각 Mo 및 W의 함량(중량%)을 의미한다.
pH가 1 이하로 낮은 경우에도 우수한 내식성 효과를 위해 첨가되는 Mo 및 W을 식 1을 통해, Mo 및 W의 함량을 제어한다.
부동태 산화물 형성으로 인한 pH가 낮은 조건에서의 내식성 향상에 기여 정도를 고려하여 Mo의 함량에 0.6을 곱하여 W의 함량과 합한 수치를 0.05 이상으로 제어한다.
0.6*[Mo]+[W]의 수치가 0.05 미만일 경우, 부동태 산화물의 형성이 충분치 못하여 내식성 향상 효과가 충분하지 않을 수 있다.
이에 따라 70℃의 SO4 2- 및 SO3 2- 등을 포함하는 pH 1.5 내지 2.5의 부식액에서 부식 실험을 하였을 때, 평균 부식속도가 0.53mg/cm2/hr 이하일 수 있다. 또한, 70℃의 SO4 2- 및 SO3 2- 등을 포함하는 pH 1.0 이하의 부식액에서 부식 실험을 하였을 때, 평균 부식속도가 6.61mg/cm2/hr 이하일 수 있다.
즉, 일정 범위의 pH 범위 및 낮은 조건의 pH에서 모두 우수한 내식성을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상을 5 면적% 이하로 포함한다. 펄라이트 상 및 베이나이트 상은 Cr의 ?량과 관련이 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판의 제조과정에서 소둔한 냉연강판의 냉각 시, 냉각속도와 밀접한 관련이 있다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.
펄라이트 상 단독 또는 베이나이트 상 단독 또는 펄라이트 상 및 베이나이트 상의 합이 5 면적%를 초과할 경우, 가공성이 떨어지게 되므로 원하는 형상으로의 성형이 어려울 수 있다. 잔부는 페라이트 상으로 이루어질 수 있다.
이에 따른 본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 항복강도가 200 내지 260MPa이고, 연신율이 35% 이상일 수 있다.
배기계용 냉연강판 제조방법
본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판 제조방법은 중량%로 C: 0.015 내지 0.05%, Si: 0.2% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.1 내지 0.3%, Al: 0.1% 이하(0%를 제외함) 및 Cr: 2.0 내지 4.0%를 포함하고, Mo: 0.5% 이하(0%를 제외함) 및 W: 0.3% 이하(0%를 제외함) 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열하는 단계, 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계, 열연강판을 권취하는 단계, 권취된 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계, 냉연강판을 소둔하는 단계 및 소둔한 냉연강판을 냉각하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판 제조방법은 냉각된 냉연강판을 압하율로 압연하는 단계 및 냉연강판의 표면에 Al(알루미늄) 또는 Zn(아연)을 도금하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 슬라브를 가열한다. 구체적으로, 1200℃ 이상의 온도에서 재가열할 수 있다. 강중에 존재하는 석출물을 대부분 재고용시키기 위함이다. 석출물의 재고용을 위해 보다 구체적으로, 1250℃ 이상의 온도에서 재가열할 수 있다.
한편, 슬라브 내의 각 조성의 첨가 비율을 한정한 이유 및 식 1을 만족시킴에 따른 효과는 전술한 배기계용 냉연강판의 조성 한정 이유와 동일하므로 반복되는 설명을 생략한다. 후술할 열간 압연, 권취, 냉간 압연, 소둔, 냉각 등의 제조 과정에서 슬라브의 조성은 실질적으로 변동되지 아니하므로 슬라브의 조성과 배기계용 냉연강판의 조성이 실질적으로 동일하다.
다음으로, 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조한다. 구체적으로, 슬라브를 Ar3 이상의 온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조할 수 있다. 이에 따라 슬라브를 오스테나이트 단상 영역에서 열간 압연할 수 있다.
다음으로, 열연강판을 권취한다. 구체적으로, 550 내지 750℃의 권취온도로 권취할 수 있다. 열연강판을 550℃ 이상의 온도에서 권취함으로써 상태로 아직 남아있는 N을 AlN으로 추가적으로 석출시킬 수 있기 때문에 우수한 내시효성을 확보할 수 있다. 550℃ 미만의 온도에서 권취할 경우, AlN으로 석출되지 않고 남아있는 고용 N에 의해 가공성이 떨어질 위험이 있다. 반면, 750℃을 초과하는 온도에서 권취할 경우, 결정립이 조대화되어 냉간압연성을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다.
다음으로, 권취된 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조한다. 구체적으로, 50 내지 95%의 압하율로 냉간 압연할 수 있다. 압하율에 따라 냉연강판의 최종 두께가 결정되는 것으로서, 압하율이 50% 미만일 경우, 최종 목표 두께를 확보하기 어려울 수 있다. 반면, 압하율이 95%를 초과할 경우, 압연 부하가 커서 냉간 압연이 어려울 수 있다.
다음으로, 냉연강판을 소둔한다. 구체적으로, 550 내지 900℃의 소둔온도로 소둔할 수 있다. 냉연강판의 소둔으로 인해 냉간압연 시, 연신된 결정립이 재결정될 수 있다. 550℃ 미만의 온도에서 소둔할 경우, 재결정이 충분히 일어나지 않기 때문에 냉간압연 시 생긴 전위들이 충분히 없어지지 않아 연성이 떨어질 수 있다. 반면, 900℃를 초과하는 온도에서 소둔할 경우, 결정립이 조대화되어 강도가 저하되고 가공성이 떨어질 수 있다. 소둔 공정은 상소둔 또는 연속소둔을 통해서 가능하다.
다음으로, 소둔한 냉연강판을 냉각한다. 구체적으로, 하기 식 2를 만족하도록 냉각한다.
[식 2] [Cr]*[냉각속도] ≤ 25
상기 식 2에서, [Cr]은 Cr의 함량(중량%)을 의미하고, [냉각속도]는 냉연강판을 냉각하는 속도(℃/sec)를 의미한다. 5 내지 9℃/sec의 냉각속도로 냉각할 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 펄라이트 상 및 베이나이트 상의 형성은 Cr의 ?량 및 소둔한 냉연강판 냉각 시의 냉각속도와 밀접한 관련이 있다. 따라서 Cr의 함량과 냉각속도를 곱한 값을 25 이하로 제어함으로써 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상을 5 면적% 이하로 제어할 수 있다.
Cr의 ?량 및 냉각속도가 높을수록 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상의 형성이 활발하며, 따라서 [Cr]*[냉각속도]가 25를 초과할 경우, 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상이 과도하게 형성되므로 가공성이 떨어지게 되어 연신율이 낮을 수 있다.
다음으로, 냉각된 냉연강판을 압하율로 압연한다. 구체적으로, 0.6 내지 1.4%의 압하율로 정정 압연할 수 있다. 압하율이 0.6% 미만일 경우, 소둔 공정에서 발생한 항복점 연신이 제어되지 않을 수 있다. 반면, 압하율이 1.4%를 초과할 경우, 가공경화에 의한 가공성 저하를 일으킬 수 있다.
다음으로, 냉연강판의 표면에 Al 또는 Zn을 도금할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 배기계용 냉연강판은 내식성 및 가공성이 우수하여 Al의 도금을 실시할 경우, Al 도금층이 제거되더라도 배기계 내면 부식환경에서 우수한 내식성을 가질 수 있어 기존의 알루미늄 도금 강판의 단점을 효과적으로 극복할 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(냉연강판의 제조)
하기 표 1의 조성을 갖는 강을 제조하였으며, 성분은 실적치를 표기한 것이다. 이러한 표 1의 조성을 갖는 강 슬라브를 1250℃로 재가열하고 900℃의 이상에서 열간압연을 실시하였다. 이후, 620℃에서 권취하고 70%의 압하율로 냉간압연을 실시하였다. 그 다음 700℃에서 소둔하고 하기 표 2의 냉각속도로 냉각한 후, 1.2%의 압하율로 정정 압연하여 최종적으로 1.2mm 두께의 냉연강판을 얻었다.
중량% C Si Mn Al P S N Cr Mo W 내식지수
개발강1 0.018 0.03 0.19 0.04 0.009 0.009 0.0028 3.01 0.05 0.06 0.09
개발강2 0.028 0.08 0.2 0.03 0.009 0.009 0.0029 3.06 0.05 0.05 0.08
개발강3 0.04 0.06 0.19 0.03 0.008 0.009 0.0029 3.07 0.06 0.05 0.086
개발강4 0.048 0.07 0.19 0.04 0.008 0.008 0.0029 3.05 0.04 0.04 0.064
개발강5 0.036 0.04 0.19 0.03 0.009 0.008 0.0029 2.05 0.04 0.06 0.084
개발강6 0.034 0.08 0.21 0.03 0.009 0.009 0.0029 2.96 0.05 0.05 0.08
개발강7 0.036 0.06 0.21 0.03 0.008 0.009 0.003 3.98 0.04 0.06 0.084
개발강8 0.032 0.06 0.19 0.03 0.009 0.009 0.0029 2.95 0.09 0 0.054
개발강9 0.034 0.04 0.19 0.04 0.008 0.008 0.003 2.94 0.15 0 0.09
개발강10 0.037 0.05 0.2 0.04 0.008 0.008 0.003 2.92 0.2 0 0.12
개발강11 0.037 0.03 0.2 0.03 0.009 0.009 0.003 2.91 0.45 0 0.27
개발강12 0.037 0.04 0.21 0.03 0.009 0.009 0.0028 2.97 0 0.06 0.06
개발강13 0.037 0.07 0.2 0.03 0.008 0.009 0.0027 2.91 0 0.15 0.15
개발강14 0.036 0.08 0.21 0.03 0.008 0.009 0.0029 2.98 0 0.24 0.24
개발강15 0.036 0.04 0.2 0.04 0.008 0.009 0.0029 3.05 0.02 0.04 0.052
개발강16 0.038 0.05 0.21 0.04 0.008 0.009 0.0027 3.08 0.03 0.04 0.058
개발강17 0.036 0.07 0.2 0.04 0.009 0.008 0.0029 2.95 0.04 0.03 0.054
개발강18 0.031 0.03 0.19 0.03 0.009 0.008 0.003 3.06 0.1 0.05 0.11
개발강19 0.034 0.07 0.19 0.03 0.008 0.009 0.0028 3 0.05 0.09 0.12
개발강20 0.033 0.06 0.2 0.04 0.008 0.009 0.0028 2.98 0.04 0.04 0.064
개발강21 0.039 0.03 0.19 0.04 0.008 0.008 0.0027 3.03 0.04 0.06 0.084
개발강22 0.034 0.05 0.19 0.04 0.008 0.008 0.0029 2.95 0.05 0.06 0.09
개발강23 0.033 0.06 0.2 0.03 0.009 0.009 0.0028 3.06 0.06 0.04 0.076
비교강1 0.012 0.06 0.2 0.03 0.009 0.008 0.0029 2.93 0.06 0.05 0.086
비교강2 0.062 0.06 0.2 0.03 0.009 0.008 0.0029 2.9 0.05 0.04 0.07
비교강3 0.039 0.04 0.2 0.04 0.008 0.008 0.003 0 0.06 0.05 0.086
비교강4 0.04 0.05 0.2 0.03 0.009 0.009 0.003 1.5 0.05 0.06 0.09
비교강5 0.031 0.07 0.21 0.03 0.008 0.008 0.0028 4.8 0.05 0.05 0.08
비교강6 0.03 0.05 0.2 0.03 0.008 0.008 0.003 2.95 0 0 0
비교강7 0.033 0.03 0.2 0.03 0.008 0.009 0.0028 3.1 0.07 0 0.042
비교강8 0.036 0.06 0.19 0.03 0.009 0.008 0.0028 3 0 0.04 0.04
비교강9 0.037 0.08 0.2 0.03 0.009 0.008 0.0028 2.95 0.03 0.02 0.038
비교강10 0.038 0.05 0.19 0.03 0.009 0.008 0.003 3 0.05 0.05 0.08
비교강11 0.039 0.05 0.19 0.04 0.009 0.008 0.0028 3.05 0.05 0.04 0.07
비교강12 0.039 0.05 0.19 0.04 0.009 0.008 0.0028 3.05 0.05 0.04 0.07
구분 베이나이트+펄라이트
(면적%)		 냉각속도(℃/sec) 경화지수
개발강1 2.4 5.8 17.458
개발강2 2.3 5.7 17.442
개발강3 2.4 5.7 17.499
개발강4 2.1 5.3 16.165
개발강5 1 5.7 11.685
개발강6 2.2 5.7 16.872
개발강7 2.9 4.9 19.502
개발강8 1.9 5.5 16.225
개발강9 1.8 5.2 15.288
개발강10 1.8 5.1 14.892
개발강11 1.8 5.4 15.714
개발강12 2.4 5.9 17.523
개발강13 2.3 5.8 16.878
개발강14 2.2 5.8 17.284
개발강15 2.3 5.7 17.385
개발강16 2.4 5.8 17.864
개발강17 1.9 5.3 15.635
개발강18 2.5 5.9 18.054
개발강19 2.4 5.9 17.7
개발강20 0.7 3.5 10.43
개발강21 2.4 5.8 17.574
개발강22 3.8 7.4 21.83
개발강23 4.9 8 24.48
비교강1 1.8 5.3 15.529
비교강2 2.1 5.7 16.53
비교강3 0 5.1 0
비교강4 0.4 5.5 8.25
비교강5 5.3 5.2 24.96
비교강6 1.7 5.2 15.34
비교강7 2 5.1 15.81
비교강8 2.2 5.4 16.2
비교강9 2.3 5.9 17.405
비교강10 7.2 9.8 29.4
비교강11 19.1 15.8 48.19
비교강12 31.6 20.2 61.61
상기 표 1에서 내식지수는 0.6*[Mo]+[W]를 나타낸 것이며, 단위가 중량%이고, 표 2에서 경화지수는 [Cr]*[냉각속도]를 나타낸 것이며, 단위가 중량%*℃/sec이다.
(내식성 및 가공성 평가)
각 제조된 냉연강판에 대하여 하기 표 3의 응축수 부식환경 모사 부식조건에 대한 부식실험을 통해 내식성을 평가하고, 상온 인장실험을 통해 기계적 물성을 평가하였다. 내식성 평가를 위해 응축수가 증발함에 따른 이온 농도의 증가와 pH의 감소를 고려하여, 이온 농도가 낮고 pH가 높은 부식조건 A와 이온 농도가 높고 pH가 낮은 부식조건 B를 통해 부식성이 작은 부식환경과 큰 부식환경을 대표하여 모사하였으며, 각 부식조건에 대해 평균 부식속도를 측정하였다. 또한, 가공성 평가를 위해 상온에서 인장시험을 통해 연신율과 항복강도를 측정하였다.
구분 이온 농도 (ppm) pH 부식온도 부식시간
SO4 2- SO3 2- NO3- Cl- CH3COO- NH4+
부식조건A 1000 150 30 200 200 첨가 2.0 70℃ 6시간
부식조건B 5000 750 150 1000 1000 미첨가 0.8
측정된 평균 부식속도, 연신율, 항복강도를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 내식성 가공성
부식조건A 부식조건B 연신율(%) 항복강도(MPa)
개발강1 0.47 5.10 38.8 201.2
개발강2 0.50 5.74 38.3 221.1
개발강3 0.53 5.34 36.8 238.5
개발강4 0.48 6.10 38.9 247.8
개발강5 0.53 5.88 39.8 230.3
개발강6 0.51 5.65 37.7 226.6
개발강7 0.47 5.71 38.8 233.1
개발강8 0.50 6.56 38.4 228.4
개발강9 0.49 5.12 39.2 240.2
개발강10 0.52 4.63 40.0 230.3
개발강11 0.47 3.01 36.7 250.3
개발강12 0.49 6.61 39.0 228.3
개발강13 0.52 3.98 37.6 243.1
개발강14 0.49 3.07 37.2 228.4
개발강15 0.47 6.53 37.7 239.7
개발강16 0.48 6.49 36.2 240.4
개발강17 0.53 6.58 37.8 238.6
개발강18 0.47 4.77 36.3 233.9
개발강19 0.48 4.59 37.8 232.9
개발강20 0.49 5.83 41.2 231.4
개발강21 0.49 5.76 37.7 234.0
개발강22 0.49 5.10 35.5 235.2
개발강23 0.49 5.93 35.1 248.1
비교강1 0.47 5.78 39.8 181.2
비교강2 0.52 5.78 36.7 292.6
비교강3 1.02 4.25 41.7 231.3
비교강4 0.90 4.72 38.2 238.6
비교강5 0.42 6.37 33.9 257.9
비교강6 0.53 13.35 37.5 223.1
비교강7 0.53 9.53 37.5 240.6
비교강8 0.50 9.83 37.8 237.9
비교강9 0.49 10.05 38.7 242.8
비교강10 0.49 5.72 32.5 264.0
비교강11 0.53 5.53 21.7 329.7
비교강12 0.47 5.57 8.6 470.1
상기 표 4에서 부식조건 A 및 부식조건 B에는 평균 부식속도(mg/cm2/hr)를 기재하였다,
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성 및 제조조건을 만족하는 개발강 1 내지 23은 모두 부식조건 A에서의 부식속도가 0.6mg/cm2/hr 이하이고, 부식조건 B에서의 부식속도가 7.0mg/cm2/hr 이하이며, 연신율이 35% 이상이고, 항복강도가 200 내지 260MPa를 나타내어 우수한 내식성과 기계적 물성을 가짐을 알 수 있다.
반면, 비교강 1은 C의 함량이 낮아 가공성 확보에 유리하지만 항복강도가 181.2MPa로 낮아 구조용 소재로 사용하기에 불리하였고, 비교강 2는 C 함량이 높아 강도가 292.6MPa로 과하게 높으므로 가공이 어려웠다.
비교강 3은 Cr이 첨가되지 않은 소재로서 부식조건 A에서의 부식속도가 1.02 mg/cm2/hr로 빨라 내식성이 열위하였다. 이는 부식조건 A와 같은 상대적으로 부식성이 낮은 응축수에 대해서 Cr 산화층이 내식성을 향상시키는 역할을 하기 때문이었다. 비교강 4는 비교강 3에 비해 Cr 함량이 1.5%로 상대적으로 높지만 부식조건 A에서의 부식속도가 0.90mg/cm2/hr로 내식성에서 큰 차이가 나지 않았다.
비교강 5는 Cr 함량이 4.8%로 높아 부식조건 A에서의 부식속도가 0.42mg/cm2/hr로 느렸다. 하지만 연신율이 33.9%로 낮아 가공성이 열위하였다. 이는 경질의 펄라이트 상 및 베이나이트 상의 합이 5.2 면적%로 다량 형성되었기 때문이다. 이를 통해, 펄라이트 및 베이나이트 상은 Cr 함량이 높을수록 그리고 냉각속도가 빠를수록 잘 생성되기 때문에 식 2로 정의되는 경화지수가 25 이하가 되도록 제조하였을 때, 펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상이 5 면적% 이하이고, 연신율이 35% 이상의 특성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.
비교강 6 내지 9는 공통적으로 부식조건 A에 대한 부식속도는 0.49 내지 0.53mg/cm2/hr로 내식성이 양호하나, 부식조건 B에 대한 부식속도가 9.53 내지 13.35mg/cm2/hr로 빨라 개발강에 비해 내식성이 현저히 열위하였다. 이는 Cr 함량은 3.0% 정도로 부식조건 A에 대한 내식성을 가지지만 Mo과 W의 함량이 적기 때문이었다. 이를 통해, Mo와 W의 함량이 식 1로 정의되는 내식지수가 0.05 이상이 되도록 첨가되었을 때 pH가 낮은 환경에서 효과적으로 향상되는 것을 알 수 있었다. 다만, Mo와 W은 매우 고가의 원소이기 때문에 다량 첨가하는 것은 경제적이지 못하고, 특히 W은 용융점이 3000℃ 이상으로 높기 때문에 0.5% 이하의 Mo과 0.3% 이하의 W을 이용하는 것이 효과적일 수 있다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 중량%로 C: 0.015 내지 0.05%, Si: 0.2% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.1 내지 0.3%, Al: 0.1% 이하(0%를 제외함) 및 Cr: 2.0 내지 4.0%를 포함하고, Mo: 0.5% 이하(0%를 제외함) 및 W: 0.3% 이하(0%를 제외함) 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하며,
    펄라이트 상 및 베이나이트 상 중에서 하나 이상을 5 면적% 이하로 포함하는 배기계용 냉연강판.
    [식 1] 0.05 ≤ 0.6*[Mo]+[W] (단위: 중량%)
    (상기 식 1에서, [Mo] 및 [W]는 각각 Mo 및 W의 함량(중량%)을 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서,
    P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함) 및 N: 0.007% 이하(0%를 제외함)를 더 포함하는 배기계용 냉연강판.
  3. 제1항에 있어서,
    항복강도가 200 내지 260MPa이고, 연신율이 35% 이상인 배기계용 냉연강판.
  4. 중량%로 C: 0.015 내지 0.05%, Si: 0.2% 이하(0%를 제외함), Mn: 0.1 내지 0.3%, Al: 0.1% 이하(0%를 제외함) 및 Cr: 2.0 내지 4.0%를 포함하고, Mo: 0.5% 이하(0%를 제외함) 및 W: 0.3% 이하(0%를 제외함) 중에서 1종 이상을 포함하며, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 권취하는 단계;
    상기 권취된 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연강판을 소둔하는 단계; 및
    상기 소둔한 냉연강판을 하기 식 2를 만족하도록 냉각하는 단계;를 포함하는 배기계용 냉연강판 제조방법.
    [식 1] 0.05 ≤ 0.6*[Mo]+[W] (단위: 중량%)
    (상기 식 1에서, [Mo] 및 [W]는 각각 Mo 및 W의 함량(중량%)을 의미한다.)
    [식 2] [Cr]*[냉각속도] ≤ 25
    (상기 식 2에서, [Cr]은 Cr의 함량(중량%)을 의미하고, [냉각속도]는 냉연강판을 냉각하는 속도(℃/sec)를 의미한다.)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판을 냉각하는 단계 이후,
    상기 냉각된 냉연강판을 0.6 내지 1.4%의 압하율로 압연하는 단계;를 더 포함하는 배기계용 냉연강판 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 열연강판을 권취하는 단계에서,
    상기 열연강판을 550 내지 750℃의 권취온도로 권취하는 배기계용 냉연강판 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판을 소둔하는 단계에서,
    상기 냉연강판을 550 내지 900℃의 소둔온도로 소둔하는 배기계용 냉연강판 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판을 냉각하는 단계에서,
    상기 소둔한 냉연강판을 5 내지 9℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 배기계용 냉연강판 제조방법.
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