KR102180797B1 - 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판, 그리고 이들의 제조방법 - Google Patents

표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판, 그리고 이들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판은, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

Description

표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판, 그리고 이들의 제조방법{High strength hot-rolled steel sheet and cold rolled steel sheet having excellent surface property and continuous productivity, and manufacturing method for the same}
본 발명은 고강도 열연강판 및 냉연강판, 그리고 이들의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판, 그리고 이들의 제조방법에 관한 것이다.
환경 보전을 위한 이산화탄소의 배출 규제가 엄격해짐에 따라, 자동차의 충돌 안정성을 확보함과 동시에 자동차의 경량화가 가능한 자동차용 강판에 대한 요구가 증가하고 있다. 강판의 강도를 높이기 위한 방법으로는 탄소의 첨가량을 증가시키는 방법이 있다. 탄소가 다량 첨가된 강판의 경우, 일정수준 이상의 강도를 확보할 수 있으나, 연성이 충분히 확보되지 않는 문제가 존재한다. 즉, 자동차 차체의 성형 과정에서 크랙 등의 결함이 발생할 가능성이 높기 때문에, 탄소가 다량 첨가된 강판은 자동차 차체용 강판으로는 적합하지 않다.
강 중에 Si, Mn, Al, Cr 및 Ti 등의 성분을 적정 성분으로 첨가하고, 적정 제조 공정을 적용함으로써 연성 및 강도를 동시에 확보하는 자동차용 강판을 제조할 수도 있다. 특히, 강판의 강도가 상승할수록, Si, Mn, Al 등의 성분을 다량 첨가하여 일정 수준 이상의 연신율을 확보할 수 있다.
이들 성분 중 Si는 소둔 과정에서 베이나이트 형성 시 탄화물 석출을 지연시켜 탄소함량을 유지하므로 잔류 오스테나이트의 안정화에 기여하는 원소이며, 페라이트 내에 고용하여 고용강화를 형성하는 원소인바, 강판의 강도 상승 및 상간 강도의 균형을 유지하여 안정적인 재질 및 성형성 확보에 기여할 수 있다.
다만, Si는 산화성이 강한 원소로서, Si의 산화 거동에 의해 강판의 표면 품질 및 연속생산성에 영향을 미칠 수 있다. 즉, Si를 포함하는 강종은 슬라브 재가열 단계에서 형성되는 스케일 및 냉간압연 후 환원소둔 과정에서 형성되는 표면산화물 등에 있어서, Si 미첨가 강과는 현저히 다른 산화 거동을 나타낸다.
즉, 강 중 Si는 Fe와 비교하여 그 함량이 절대적으로 낮지만 산소친화력이 더 높기 때문에 Fe의 산화 중 Fe 스케일 내부로 확산하여 산소와 결합함으로써 Fe2SiO4(fayalite)를 형성한다. Fe2SiO4는 FeO와 공정반응을 일으켜 Fe2SiO4의 융점(약 1,200℃)보다 낮은 온도 1,170℃에서 액상을 형성한다. 슬라브 재가열 온도가 1,200℃를 넘는 경우 Fe2SiO4-FeO 공정상은 가열로에서의 재로시간 동안 액상으로 존재하여 하부의 슬라브 표면과 상부 Fe 스케일의 형태를 따라 자유롭게 이동한다. 특히, Fe2SiO4-FeO 공정상은 강판의 표층부에 침투하여 강판과 Fe2SiO4 간 계면 조도를 상승시킨다. 강판과 Fe2SiO4 간 계면조도가 상승하게 되면 디스케일링 공정 등에 의하더라도 Fe2SiO4의 박리가 어려워지며, 강판 상에 Fe2SiO4-FeO 스케일이 잔류하게 된다. 잔류한 Fe2SiO4-FeO 스케일은 열간압연 공정 중 강판 내부로 박혀 들어가면서 FeO 스케일은 파쇄되고, 파쇄된 FeO의 재산화가 발생하여 Fe2O3로 변태되며, 최종 열연강판의 표면에서 적스케일 결함을 발생시켜 열연재의 표면품질을 저하시킬 수 있다.
적스케일 결함은 열연의 후속 조업인 산세에 의하더라도 완전히 제거되지 않을 수 있다. 적스케일 결함부는 스케일의 계면조도가 높기 때문에 산세성이 불량하며, 산세 이후에도 적스케일 결함부에는 스케일이 잔류하게 된다. 적스케일 결함부의 Fe2SiO4는 산세용액과 반응하며, Fe는 산세 용액에 용해되지만, Si는 SiO2형태로 열연강판 상에 잔류하게 된다. 열연강판의 표층에 잔류하는 SiO2 산화물은 냉간압연 이후에도 냉연강판의 표층에 잔존한다. SiO2 산화물은 열역학적으로 상당히 안정한 산화물이므로, 질소 및 산소 분위기에서 진행되는 환원소둔에서도 환원되지 않는다. 소둔시 Si 및 Mn 등의 합금원소는 강 중에서 표면으로 확산하며, 산소친화력이 높은 Si 및 Mn 등과 잔류하는 SiO2 산화물이 반응하여 Mn2SiO4 및 MnSiO3 산화물로 변화하여 성장한다. 이들 Mn2SiO4 및 MnSiO3 산화물은 최종 냉연제품 표면에 잔류하여 띠형 결함을 유발하며, 최종 냉연제품의 표면품질을 저하시킬 수 있다.
또한, Si는 열연강판 제조 시 사상압연 이후의 권취 과정에서 내부산화를 발생시킨다. 강종 및 재질에 따라 그 온도범위를 달리하지만, 일반적으로 조압연이나 사상압연 등의 온도보다 낮은 온도에서 권취 작업이 수행된다. 즉, 권취 작업은 조압연이나 사상압연 등의 온도보다 낮은 온도에서 수행되므로, Fe의 외부산화를 통한 Fe 스케일의 형성은 둔화되는 반면, 외부에서 공급되는 산소가 입계를 통해 소지철 내부로 침투하며 Si과 반응함으로써 내부산화를 발생시킨다. 표면부에 내부산화층이 존재하는 열연강판은, 후속 공정인 산세와 냉간압연 공정을 거치면서 내부산화층의 입계 건전성이 열화될 가능성이 높다. 내부산화층의 입계는 일반 결정립보다 부식에 취약하므로, 산세 작업 시 입계의 결합력이 약화된다. 산세 이후의 냉간압연 공정에서, 결합력이 약화된 내부산화층의 입계 방향을 따라 크랙이 발생하여, 그에 따라 내부산화층의 입계가 더욱 취약화된다. 취약해진 입계는 소둔 과정 중 롤 표면에 부착되어 지속적으로 성장하며, 롤 표면에 고착된 이물질은 후속 조업에서 강판 표면에 덴트 결함을 유발시킬 수 있다. 또한, 덴트 결함이 극심한 경우 조업을 정지하고 롤 표면의 이물질을 제거하여야 하는바, 연속적인 조업이 불가능하며, 그에 따라 생산성이 떨어지는 문제가 발생한다.
특허문헌 1은 물리적인 연마작업에 의해 롤 표면의 이물질을 제거함으로써 덴트 결함을 방지하는 장치를 제안한다. 그러나 롤 표면의 연마작업 시 불가피적으로 진동이 발생하는바, 롤을 통과하는 강판의 표면 품질에 영향을 미치게 된다. 따라서, 통판 중인 롤러에 연마 작업을 실시하는 것은 실질적으로 불가능하다. 또한, 롤 표면은 연마작업에 의해 불가피하게 손상되며, 손상된 롤 표면에 의해 2차적인 강판 표면 결함이 유발될 가능성이 높다. 따라서, 특허문헌 1의 장치에 의하더라도, 덴트 발생을 저감시키는 데에는 현실적인 제약이 따를 수 밖에 없다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-0017681호(2005.02.23. 공개)
본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판, 그리고 이들의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판은, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 표층부에 농화되어 형성되는 농화층의 두께는 0.01~3㎛이며, 내부산화층 두께는 5㎛ 이하이고, 폭방향 1m * 길이방향 60cm의 단위 영역 내 표면 적스케일 결함의 개수가 평균 10개 이하일 수 있다.
상기 열연강판은, 중량%로, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 열연강판의 인장강도는 500Mpa 이상일 수 있다.
상기 열연강판의 인장강도*연신율은 10,000MPa% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판은, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 표층부에 농화되어 형성되는 농화층의 두께는 0.002~0.01㎛이며, 내부산화층의 두께는 2.5㎛ 이하이고, 표면의 인산염 도포율은 95% 이상일 수 있다.
상기 냉연강판은, 중량%로, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 냉연강판의 표면에서 폭방향 1m * 길이방향 60cm의 단위 영역 내 띠형 결함의 개수가 평균 10개 이하일 수 있다.
상기 냉연강판의 인장강도는 500Mpa 이상일 수 있다.
상기 냉연강판의 인강강도*연신율은 10,000MPa% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판은, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,100~1,300℃의 온도범위에서 재가열하고; 상기 재가열된 슬라브를 조압연하여 압연재를 제공하고; 상기 압연재를 사상압연하여 열연강판을 제공하고; 상기 열연강판을 550~750℃의 온도범위에서 권취하되. 상기 조압연 중 상기 압연재에 대해 수압 150~160bar의 고압수를 6회 이상 분사하여 제조될 수 있다.
상기 사상압연의 마무리 압연 온도는 Ar3℃ 이상일 수 있다.
상기 사상압연 직후의 상기 열연강판의 표면 온도는 920℃ 이하일 수 있다.
상기 권취된 열연강판은 2℃/min 이상의 냉각속도로 500℃ 이하의 온도범위까지 냉각될 수 있다.
상기 슬라브는, 중량%로, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판은, 상기 제조방법에 의해 제조된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제공하고; 상기 냉연강판을 재결정 소둔 열처리하여 제조될 수 있다.
상기 냉간압연의 압하율은 40~60%일 수 있다.
상기 재결정 소둔 열처리는, -80~-50℃의 이슬점 온도, N2-2~10부피%H2의 분위기 가스에서, 750~950℃의 온도범위로 상기 냉연강판을 가열하여 2~150초간 유지할 수 있다.
상기 재결정 소둔 열처리된 냉연강판을 10℃/s 이상의 냉각속도로 250~500℃의 온도범위까지 냉각한 후 50~150초간 동안 유지할 수 있다.
상기 냉각 및 유지된 냉연강판을 30℃/s 이상의 가열속도로 400~500℃까지 가열한 후 냉각하여 권취할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 열연강판 및 냉연강판은 우수한 표면품질 및 고강도 특성을 동시에 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 열연강판 및 냉연강판의 제조방법은 열연강판 및 냉연강판 표면의 덴트 결함을 효과적으로 방지함과 동시에 열연강판 및 냉연강판의 생산성을 효과적으로 확보할 수 있다.
도 1은 Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소에 의한 슬라브 재가열 시 농화층 형성 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다
도 2는 Sb 첨가에 따른 냉연강판 표층부의 표면산화물 형성 거동을 분석한 TEM 분석 결과이다.
도 3은 Sb가 첨가된 냉연강판 표층부의 3D-APT(3 Dimensional-Atomic Prove tomography) 분석 결과이다.
본 발명은 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판, 그리고 이들의 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판은, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판 및 냉연강판은, 중량%로, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 강 조성에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하, 특별히 달리 표시하지 않는 한 각 원소의 함량을 나타내는 %는 중량을 기준으로 한다.
C: 0.05~0.3%
C는 페라이트와 오스테나이트 내 고용강화 및 마르텐사이트 강도 확보를 위하여 필수적으로 첨가되는 원소이다. 본 발명은 이와 같은 효과를 달성하기 위해, C 함량의 하한을 0.05%로 제한할 수 있다. 그러나, C의 함량이 과다하게 첨가되는 경우, 페라이트와 오스테나이트의 강도와 마르텐사이트의 분율이 과도하여 연성과 굽힘가공성이 열위해지므로, 프레스 성형 및 롤 가공성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, C가 과다하게 첨가되는 경우, 탄소화학당량 상승으로 인해 용접성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명은 C 함량의 상한을 0.3%로 제한할 수 있다. 따라서, 본 발명의 C 함량은 0.05~0.3%의 범위일 수 있다. 바람직한 C 함량은 0.08~0.3%의 범위일 수 있으며, 보다 바람직한 C 함량은 0.08~0.25%의 범위일 수 있다.
Mn: 1.0~4.0%
Mn은 페라이트의 형성을 억제하고, 오스테나이트를 안정화 하는 경화능 증가원소이다. 또한, Mn은 강판의 강도 향상에 유리한 원소이기도 하다. 본 발명은 이와 같은 효과를 달성하기 위하여 Mn 함량의 하한을 1.0%로 제한할 수 있다. 다만, Mn의 함량이 증가할수록 강판의 강도 확보 및 잔류 오스테나이트의 안정화에 용이하지만, 그 함량이 일정 수준을 초과하는 경우에는 생산 원가가 과도하게 상승할 수 있으며, 표면 품질에도 악영향을 미칠 수 있는바, 본 발명은 Mn 함량의 상한을 4.0%로 제한할 수 있다. 따라서, 본 발명의 Mn 함량은 1.0~4.0%의 범위일 수 있다. 바람직한 Mn 함량은 1.5~4.0%의 범위일 수 있으며, 보다 바람직한 Mn 함량은 1.5~3.0%의 범위일 수 있다.
Si: 0.3~2.0%
Si은 강의 항복강도를 향상시킴과 동시에 상온에서 잔류오스테나이트 및 페라이트를 안정화시키는 원소이다. 또한, Si은 냉각 시 오스테나이트로부터 시멘타이트의 석출을 억제하고, 탄화물의 성장을 현저히 저지하므로, 복합상을 가지는 강의 경우 충분한 양의 잔류 오스테나이트를 안정화시키는데 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명은 500MPa 이상의 인장강도, 10,000MPa% 이상의 인장강도*연신율을 확보하기 위하여, Si 함량의 하한을 0.3%로 제한할 수 있다. 그러나, Si이 과다하게 첨가되는 경우, 열간압연 부하가 증가하여 열연크랙을 유발할 뿐만 아니라, 소둔 후 강판 표면의 Si 농화량 및 표면산화물 형성량이 과도하여 열연강판 표면의 적스케일 결함 및 냉연강판 표면의 띠형 결함을 유발시킬 수 있으며, 냉연강판 표면의 인산염 처리성이 열위해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 Si 함량의 상한을 2.0%로 제한할 수 있다. 본 발명의 Si 함량은 0.3~2.0%의 범위일 수 있으며, 바람직한 Si 함량은 0.3~1.8%의 범위일 수 있다.
Al: 0.001~0.05%
Al은 제강 공정에서 탈산을 위해 첨가되는 원소이며, 페라이트 내 고용되어 고용강화를 발생함으로써 강도를 향상시키는 원소이다. 본 발명은 이러한 효과를 달성하기 위하여 Al 함량의 하한을 0.001%로 제한할 수 있다. 그러나, Al의 함량이 과다한 경우, 냉연재의 소둔과정에서 강판 표면에 필름형태의 연속적인 산화막을 형성하므로, 냉연강판 표면의 인산염 처리성이 열위해질 수 있는바, 본 발명은 Al 함량의 상한을 0.05%로 제한할 수 있다. 따라서, 본 발명의 Al 함량은 0.001~0.05%의 범위일 수 있다. 바람직한 Al 함량은 0.001~0.03%의 범위일 수 있으며, 더욱 바람직한 Al 함량은 0.001~0.02%의 범위일 수 있다.
P: 0.04% 이하
P는 제강 공정 중에 불가피하게 포함되는 불순물 원소이나, 용접성 저하, 취성 발생 및 덴트 결함의 방지 등을 위하여 그 함량을 0.04% 이하로 제한할 수 있다.
S: 0.015% 이하
S는 P와 마찬가지로 제강 공정 중에 불가피하게 포함되는 불순물 원소로서, 강판의 연성 및 용접성의 저하를 방지하기 위하여 그 함량을 0.015% 이하로 제한할 수 있다.
N: 0.02% 이하
N 역시 P 및 S와 마찬가지로 제강 공정 중에 불가피하게 포함되는 불순물 원소이다. N의 함량이 과다하게 첨가되는 경우, AlN의 형성에 의한 연주 시 크랙이 발생할 위험성이 크게 증가할 수 있다. 따라서, 본 발명은 N 함량의 상한을 0.02%로 제한할 수 있다.
Sb, Sn, Bi 중 1종 이상의 합계 0.005~0.1%
슬라브 재가열 시, 강 중의 Si 및 Mn 등의 산소친화도가 높은 원소들이 슬라브 표면의 Fe 스케일 내부로 확산하며, 이 중 Si는 Fe 및 O와 반응하여 Fe2SiO4 스케일을 슬라브의 직상부에 형성할 수 있다. Fe2SiO4 스케일은 융점이 낮아 슬라브 재가열 단계에서 액상으로 존재하며, 슬라브의 표층을 침투하여 슬라브와 스케일 간 계면조도를 상승시킬 수 있다. Fe2SiO4 스케일은 열연공정에서 완전 제거가 불가능한 바, 열연강판 상에 잔류하여 열연강판 표면에 적스케일 결함을 유발할 수 있다.
도 1은 Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소에 의한 슬라브 재가열 시 슬라브 표층부에서의 농화층 형성 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, Sb, Sn 및 Bi는 산소친화력인 낮은 원소이기 때문에, 강 중에 Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소가 첨가되는 경우, 이들 원소는 슬라브 재가열 시 산소와 반응하지 않고, Fe가 빠져나간 슬라브 표층부에 농화되어 농화층을 형성한다. 농화층을 형성하는 이들 원소는 강판 내부로의 산소 침투를 억제하므로, 슬라브와 스케일 간의 계면조도를 저하시키고, 그에 따라 슬라브의 디스케일성 및 산세성이 개선될 수 있다. 따라서, 열연강판 표면의 적스케일 결함을 저감시킬 수 있으며, 냉연강판 표면의 띠형 결함을 저감시킬 수 있다.
또한, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소는 열연 공정 중에도 슬라브 또는 열연강판의 표층에 농화되어 존재하므로, 열연 공정 중 산소가 슬라브 또는 열연강판의 내부로 침투하여 확산하는 것을 억제하며, 강 중의 Si, Mn, Fe 및 Al 등의 원소가 산소와 결합하여 내부 산화물 형성하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 냉연 공정 중 연소소둔 시 내부 산화 결정립의 탈락으로 인한 덴트 결함 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
더불어, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소는 냉연강판의 표층에도 농화층의 형태로 구비되는바, 연속소둔 시 Si의 표면 농화 및 산화물 형성을 억제하여 냉연강판의 용융도금성 및 화성처리성을 효과적으로 개선시킬 수 있다. 도 2는 Sb의 첨가에 따른 냉연강판 표면의 표면산화물 형성 거동을 분석한 TEM 분석 결과이다. Sb, Sn 및 Bi가 미첨가된 경우, 소지철의 표층부에 농화층이 형성되지 않아 Si 산화물이 소지철의 표면에 필름형태로 도포되는 것을 확인할 수 있다. 반면, Sb가 첨가된 경우, Si 산화물이 소지철 상에 콘텍트 렌즈와 같은 볼록한 형태로 존재하는 것을 확인할 수 있다. 즉, Sb가 첨가된 경우 Si 산화물의 분포도가 낮아지므로, Si 산화물이 존재하지 않는 소지철 표면에서 인산염 반응이 용이하게 발생할 수 있으며, 그에 따라 냉연강판 표면의 인산염 처리성을 효과적으로 높일 수 있다. 도 3은 Sb가 첨가된 냉연강판 표층부의 3D-APT(3 Dimensional-Atomic Prove tomography) 분석 결과로, 이를 기초로 소지철 표층부에 Sb가 농화되어 있음을 확인할 수 있다.
전술한 효과를 충분히 얻기 위해, 본 발명은 Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소 함량의 합을 0.005% 이상으로 제한할 수 있다. 반면, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소가 과다하게 첨가되는 경우, 강판의 연성이 열위해짐에 따라 열간압연 및 냉간압연 과정에서 엣지 크랙 또는 중심부 크랙이 발생할 수 있으며, 산세성 및 용융도금 후 도금 밀착성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소가 과다하게 첨가되는 경우, 냉연강판 표면에서의 인산염 처리성이 열위해질 수 있는바, 본 발명은 이들 윈소의 함량을 0.1% 이하로 제한될 수 있다. 따라서 본 발명은 Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 원소 함량의 합계를 0.005~1.0%로 제한할 수 있다.
Cr: 1.0% 이하
Cr은 경화능 증가 원소로서, 페라이트의 형성을 억제하는 원소이다. 따라서, 본 발명에는 0.1% 이상의 Cr이 첨가될 수 있다. 그러나, Cr이 과다하게 첨가되는 경우, 생산 원가가 과도하게 상승할 수 있는바, 본 발명은 Cr 함량의 상한을 1.0%로 제한할 수 있다. 바람직한 Cr의 함량은 0.8% 이하일 수 있으며, 더욱 바람직한 Cr의 함량은 0.6% 이하일 수 있다.
Mo: 0.1% 이하
Mo는 Cr과 마찬가지로 강도 향상에 기여하는 원소일 뿐만 아니라, 냉연강판 표면의 인산염 처리성을 저하시키지 않으면서도 강도를 확보할 수 있는 원소이기도 하다. 다만, 본 발명은 경제성 측면에서 Mo 함량을 0.1% 이하로 제한할 수 있으며, 바람직한 Mo의 함량은 0.09% 이하일 수 있다.
Ti: (48/14)*[N]~0.1%
Ti은 질화물 형성원소로서 강 중 N의 농도를 감소하는 효과가 있으며, 이를 위해서는 화학당량적으로 (48/14)*[N]이상 첨가할 필요가 있다. 그러나, Ti이 과다하게 첨가되는 경우, 고용 N의 제거 외에, 추가적인 탄화물 석출에 의한 강도 감소가 유발되는바, 본 발명은 Ti 함량의 상한을 0.1%로 제한할 수 있다. 따라서, 본 발명의 Ti 함량은 (48/14)*[N]~0.1%의 범위일 수 있다. 바람직한 Ti 함량은 (48/14)*[N]~0.07%의 범위일 수 있으며, 더욱 바람직한 Ti 함량은 (48/14)*[N]~0.05%의 범위일 수 있다.
Ni: 0.5% 이하
Ni은 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이며, 소둔 과정에서 표면에 거의 농화되지 않아 도금성에 영향을 미치지 않는 원소이다. 다만, Ni이 과다하게 첨가되는 경우, 산세 불균일성을 유발할 가능성이 높아지는바, 본 발명은 Ni 함량의 상한을 0.5%로 제한할 수 있으며, 바람직한 Ni 함량의 상한은 0.45% 일 수 있다.
Nb: 0.1% 이하
Nb은 오스테나이트 입계에 탄화물 형태로 편석되는바, 소둔 열처리 시 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하여 강도를 증가시키는데 유리한 원소이다. 다만, Nb가 과다하게 첨가되는 경우, 경제성 측면에서 바람직하지 않은바, 본 발명은 Nb 함량의 상한을 0.1%로 제한할 수 있으며, 바람직한 Nb 함량의 상한은 0.08%일 수 있다.
B: 0.005% 이하
B은 강도 확보에 기여하는 원소이다. 다만, B이 과다하게 첨가되는 경우, 소둔 후 냉연강판 표면에 농화되어 인산염 처리성을 저하시키는바, 본 발명은 B 함량의 상한을 0.005%로 제한할 수 있으며, 바람직한 B 함량의 상한은 0.003%일 수 있다.
본 발명에서, 상술한 강 조성 이외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물일 수 있다. 불가피한 불순물은 통상의 철강 제조공정에서 의도되지 않게 혼입될 수 있는 것으로, 이를 전면 배제할 수는 없으며, 통상의 철강제조 분야의 기술자라면 그 의미를 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명은, 앞서 언급한 강 조성 이외의 다른 조성의 첨가를 전면적으로 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 열연강판은 상기와 같은 합금 조성을 가지며, 열연강판의 표면측에는 두께 5㎛ 이하의 내부산화층이 구비되고, 열연강판의 표층부에는 Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 농화되어 형성된 농화층이 0.01~3㎛의 두께로 구비될 수 있다.
열연강판의 내부산화층 두께가 5㎛를 초과하는 경우, 열연강판 표면의 입계 건전성이 열위해지며, 해당 열연강판으로 제조한 냉연강판의 표면에서의 크랙 발생 가능성이 높아지게 된다. 또한, 열연강판의 농화층 두께가 0.01㎛ 미만인 경우, 열연강판 표면의 적스케일 결함 발생 가능성이 높아지며, 열연강판의 농화층 두께가 3㎛를 초과하는 경우, 해당 열연강판으로 제조한 냉연강판의 표면에서의 인산염 처리 특성이 열위해질 가능성이 높다.
본 발명의 열연강판은 단위 영역(폭방향 1m * 길이방향 60cm) 내 표면 적스케일 결함 개수가 평균 10개 이하일 수 있으며, 보다 바람직한 적스케일 결함 개수는 단위 영역(폭방향 1m * 길이방향 60cm) 당 평균 7개 이하일 수 있다. 단위 영역 당 적스케일 결함 개수가 작을수록 열연강판의 표면 품질 확보 측면에서는 바람직하다. 또한, 열연강판 표면의 적스케일 결함은 해당 열연강판을 이용하여 제조된 냉연강판의 표면 품질에 부정적인 영향을 미치므로, 냉연강판의 표면 품질 확보 측면에서 열연강판의 표면에 형성된 적스케일의 결함 개수를 일정 범위 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 열연강판은 일정 수준 이상의 Si을 포함하는 강판이므로, 적스케일 결함의 발생 자체를 완전히 차단하기에는 기술적으로 어려운 측면이 있다. 또한. 적스케일 결함의 완전 제거를 위해, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상을 과다하게 첨가하는 경우, 냉연강판에서의 인산염 처리성이 열위하게 나타나는바, 열연강판 표면에서의 적스케일 결함 발생을 최대한 억제하되 냉연강판에서의 인산염 처리성을 일정 수준 이상으로 확보 가능한 선에서, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 첨가될 수 있다.
본 발명 열연강판은 일정 수준 이상의 강도 확보 원소 및 연신율 확보 원소를 포함하는바, 인장강도는 500MPa 이상이며, 열연강판의 인장강도*연신율은 10,000MPa% 이상일 수 있다.
본 발명의 냉연강판은 상기와 같은 합금 조성을 가지며, 냉연강판의 표면측에는 두께 2.5㎛ 이하의 내부산화층이 구비되고, 냉연강판의 표층부에는 Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 농화되어 형성된 농화층이 0.002~0.01㎛의 두께로 구비될 수 있다.
냉연강판의 내부산화층 두께가 2.5㎛를 초과하는 경우 연속소둔 시 덴트 결함이 발생할 수 있다. 냉연강판 표층부의 농화층 두께가 0.002㎛ 미만인 경우, 냉연강판 표면의 띠형 결함 발생 가능성이 높아지고, 덴트 결함의 발생 가능성 역시 높아진다. 또한, 냉연강판 표면층부의 농화층 두께가 0.01㎛를 초과하는 경우, 냉연강판 표면에서의 인산염 처리 특성이 열위해질 가능성이 높다.
본 발명의 냉연강판은 단위 영역(폭방향 1m * 길이방향 60cm) 내 띠형 결함 개수가 평균 10개 이하일 수 있으며, 보다 바람직한 띠형 결함 개수는 단위 영역(폭방향 1m * 길이방향 60cm) 당 평균 5개 이하일 수 있다. 단위 영역 당 띠형 결함 개수가 작을수록 냉연강판의 표면 품질 확보 측면에서는 바람직하지만, 본 발명의 냉연강판은 일정 수준 이상의 Si을 포함하는 강판이므로, 띠형 결함의 발생 자체를 완전히 차단하기에는 기술적으로 어려운 측면이 있다. 또한. 띠형 결함의 적스케일의 완전 제거를 위해, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상을 과다하게 첨가하는 경우, 냉연강판에서의 인산염 처리성이 열위하게 나타나는바, 냉연강판 표면에서의 띠형 결함 발생을 최대한 억제하되 냉연강판에서의 인산염 처리성을 일정 수준 이상으로 확보 가능한 선에서, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 첨가될 수 있다.
본 발명 냉연강판의 일정 수준 이상의 강도 확보 원소 및 연신율 확보 원소를 포함하는바, 인장강도는 500MPa 이상이며, 냉연강판의 인장강도*연신율은 15,000MPa% 이상일 수 있다. 또한, 본 발명의 냉연강판은 표면부의 산화물 분포를 적절히 제어하는바, 냉연강판 표면에 인산염 도포 시, 95% 이상의 인산염 도포율을 확보할 수 있다.
본 발명의 열연강판 및 냉연강판의 미세조직은 페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상 및 오스테나이트상 중 1종 또는 2종 이상의 미세조직을 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판은, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,100~1,300℃의 온도범위에서 재가열하고; 상기 재가열된 슬라브를 조압연하여 압연재를 제공하고; 상기 압연재를 사상압연하여 열연강판을 제공하고; 상기 열연강판을 550~750℃의 온도범위에서 권취하되. 상기 조압연 중 상기 압연재에 대해 수압 150~160bar의 고압수를 6회 이상 분사하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판은, 상기 제조방법에 의해 제조된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제공하고; 상기 냉연강판을 재결정 소둔 열처리하여 제조될 수 있다.
슬라브 재가열
전술한 합금 조성으로 구비되는 슬라브를 1,100~1,300℃의 온도범위에서 재가열한다. 본 발명의 슬라브 합금조성은 전술한 강판의 합금조성과 대응하므로, 본 발명의 슬라브 합금조성에 대한 설명은 전술한 강판의 합금조성에 대한 설명으로 대신한다.
슬라브 재가열 온도가 1,100℃ 미만인 경우, 열간압연의 하중이 급격히 증가하여 열연 조업성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있으며, 재가열 온도가 1,300℃를 초과하는 경우, 재가열 비용의 상승 및 표면 스케일 양이 증가하는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명은 슬라브 재가열 온도를 1,100~1,300℃의 온도범위로 제한할 수 있다.
조압연
재가열된 슬라브를 조압연하여 압연재를 제공한다. 조압연 시 수압 150~160bar의 고압수를 6회 이상 슬라브 또는 압연재에 분사하는 디스케일링을 함께 실시하며, 그에 따라 슬라브 재가열 시 발생한 표면 스케일을 제거할 수 있다. 고압수의 수압이 일정 수준 미만인 경우, 슬라브 표면의 스케일 제거가 충분히 이루어지지 않을 가능성이 존재하므로, 고압수의 수압은 150bar 이상으로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 고압수의 수압이 일정 수준을 초과하는 경우, 설비 환경의 여러 제약이 따르는바, 고압수의 수압은 160bar 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 더불어, 고압수의 분사 횟수가 6회 미만인 경우, 슬라브 표면 스케일의 완전 제거가 어려운 바, 본 발명의 고압수의 분사 회수는 6회 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.
사상압연
조압연 완료된 열연재를 사상압연하여 열연강판을 제공하되, Ar3℃ 이상의 온도범위에서 마무리 압연하여 사상압연을 종료한다. 마무리 압연 온도가 일정 수준 미만인 경우, 페라이트+오스테나이트의 2상역 혹은 페라이트역 압연이 이루어짐으로써 혼립조직이 형성되며, 열간압연 하중의 변동으로 인한 오작동이 우려되는바, 마무리 압연 온도는 Ar3℃ 이상으로 제한함이 바람직하다. 또한, 사상압연 직후의 열연강판 표면 온도가 920℃ 이하를 만족하도록 사상압연의 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 사상압연 직후의 열연강판 표면 온도가 920℃를 초과하는 경우, 과도한 스케일이 발생할 수 있기 때문이다. 사상압연 직후의 열연강판 표면 온도 제어는 고압수 분사를 통해 이루어질 수 있다. 사상압연 중에 고압수를 분사하여 디스케일링을 실시하되, 사상압연이 실시되는 슬라브의 온도에 따라 고압수 분사 시간 및 분사량을 조절하여 사상압연 직후의 열연강판 표면 온도를 조절할 수 있다.
권취
사상압연이 종료된 열연강판을 550~750℃의 범위에서 권취하여, 열연강판 코일을 제공할 수 있다. 권취온도가 일정 범위를 초과하는 경우, 열연강판 표면부측에 내부산화가 과도하게 발생하여 덴트 결함을 유발할 수 있으며, 열연강판 표면의 산화막이 과다하게 생성되어 표면 결함을 유발할 수 있으므로, 권취온도의 상한은 750℃로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 권취온도가 일정 수준 미만인 경우, 냉간압연의 부하가 증가되는 문제가 발생하는바, 권취온도의 하한은 550℃로 제한하는 것이 바람직하다. 권취온도가 550℃ 미만인 경우, 열연강판의 양쪽 에지부는 중심부 대비 빠르게 냉각되며, 그에 따라 열연강판의 양쪽 에지부에는 강도가 높은 마르텐사이트 조직의 분율이 증가할 수 있다. 따라서, 열연강판의 중심부 대피 양쪽 에지부의 강도가 증가는 폭방향 재질편차가 발생하여 냉간압연성이 열위해질 수 있다.
산세
70~90℃의 온도범위의 10~20부피% 염산 용액을 열연강판에 공급하여 열연강판 표면의 스케일을 제거할 수 있다. 일반적으로 산세용액의 조건이 한정되는 경우, 산세 시간, 즉 열연강판의 통판 속도에 따라 산세되는 스케일의 양이 결정될 수 있다. 본 발명이 제시하는 합금성분 열연강판은, 통상 염산 산세욕에서 30초 이내로 투입되는 경우, 강판 표면의 스케일만 제거되지만, 30초를 초과하여 투입되는 경우, 과산세가 발생하여 내부산화층 입계를 부식시킬 수 있으며, 그에 따라 냉연강판의 표면 건전성을 저하시켜 덴트 결함을 유발할 수 있다.
냉간압연
열연강판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연강판을 제공할 수 있다. 냉간압연의 압하율은 35~60%일 수 있으며, 보다 바람직한 냉간압연의 압하율은 40~60% 일 수 있다.
재결정 소둔 열처리
냉간압연에 의해 제공된 냉연강판에 대해 환원분위기 하에서 재결정 열처리 소둔을 실시할 수 있다.
본 발명에서와 같이, 높은 강도와 연신율을 구비하는 강판을 위해서는 Si, Mn 및 Al과 같은 함금원소가 다량 첨가될 수 있다. 다량의 Si, Mn 및 Al이 첨가된 강판을 냉간압연한 후, 환원 분위기 내에서 소둔을 실시하면, 로 내에 존재하는 산소와 수증기의 평형반응에 의해 생성된 산소가 강판 내부로 침투하여, 강판표면에서 내부까지 일정한 산소 농도구배를 형성하게 된다. 강판 내부의 산소농도가 상기 합금원소들이 산화되기 위하여 필요로 하는 임계산소농도 이상이고, 합금원소가 독립적으로 존재하는 것보다 산화 반응하여 깁스자유에너지가 낮아짐으로써 에너지적으로 안정하게 되는 경우, 합금원소는 산화되어 산화물을 생성하게 된다. 산화물 형성에 따른 에너지 안정화는 냉연강판 내부의 합금원소가 표면 방향으로 확산할 수 있는 구동력을 제공한다. Si, Mn 및 Al은 대표적인 산화성 원소로서, 산화물 형성에 따른 에너지 안정화도가 타 원소와 비교하여 상대적으로 높다. 따라서, 이들 원소는 환원소둔 중에 표면으로 빠르게 확산하여 냉연강판의 표면에 다량의 산화물을 형성하게 되며, 냉연강판의 표면으로부터 약 0.1㎛ 이내의 영역에 Si, Mn 및 Al 고갈층을 형성하게 된다. 이때, 환원소둔 된 강판의 표면은 대부분 산화물로 덮이게 되어 냉연강판 표면에 인산염 처리시, 인산염과 냉연강판 간의 물리적 접촉을 차단하여 인산염 반응성 떨어뜨리는 문제를 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 재결정 소둔 열처리는, 이슬점 온도가 -80~-50℃로 제어된 환원 분위기의 소둔로에서 행한다. 이슬점 온도가 -50℃보다 높은 경우에는 냉연강판 내부의 산소농도가 Mn 및 Si의 산화물 형성에 요구되는 임계산소 농도보다 높아져서, 소둔로 내에서 가열 중인 냉연강판의 표면에 Mn 및 Si가 지나치게 농화되는 문제가 발생한다. 즉, 냉연강판의 표면에 산화물을 지나치게 형성하여 도금성을 저하시킬 수 있다. 한편, 이슬점 온도를 -80℃보다 낮게 제어하는 것은 기술적으로 어렵기 때문에, 본 발명의 재결정 소둔 열처리의 이슬점 온도 범위를 -80~-50℃로 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 이슬점 온도는 -60~-50℃일 수 있다.
본 발명의 재결정 소둔 열처리의 분위기 가스는 N2-2~10부피%H2 가스를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 N2-2~8부피%H2 가스를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 재결정 소둔 열처리는, 750~950℃의 온도범위에서 2~150초 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 충분한 재결정 조직을 확보하기 위해서는 소둔 온도를 750℃ 이상으로 제어하는 것이 바람직하나, 소둔 온도가 950℃를 초과하는 경우, 소둔로의 수명이 감소하는 문제가 발생하는바, 본 발명의 소둔 온도는 750~950℃의 범위로 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 소둔 온도의 범위는 800~900℃일 수 있다. 또한, 소둔 시간은 균일한 재결정조직을 얻기 위해서 최소 2초가 필요하며, 150초를 초과하는 경우, 가열 시간이 과도하여 Mn 및 Si 등의 성분이 냉연강판의 표면으로 확산하여 산소와 반응할 수 있는 충분한 시간이 주어지는바, 냉연강판의 표면에 산화물을 형성하여 인산염 처리성이 열위해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 소둔 시간은 2~150초로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5~120초로 제한할 수 있다.
더불어, 재결정 소둔 열처리된 냉연강판을 10℃/s 이상의 냉각속도로 250~500℃의 온도범위까지 냉각한 후 50~150초간 동안 유지할 수 있으며, 30℃/s 이상의 가열속도로 400~600℃까지 가열한 후 냉각하여 권취함으로써 냉연강판 코일을 제공할 수 있다. 냉연강판의 냉각 및 재가열을 통해 고온조직을 냉각 제어하여 적정한 분율의 냉각조직을 형성하여 목표 재질을 확보할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 반드시 아래의 실시예에 구속되는 것은 아니다.
(실시예)
하기 표 1의 합금조성을 가지는 슬라브에 대해 하기 표 2의 열연 조건 및 냉연조건을 적용하여 열연강판 및 냉연강판을 제작하였다. 열연 조건 중, 슬라브 재가열 시간은 4시간이었으며, 디스케일링은 조압연 도중 155bar의 수압으로 고압수를 분사하여 실시하였다. 권취된 열연강판은 보온로에서 650℃의 온도로, 1시간 동안 유지시킨 후 로냉을 실시하였다. 냉각이 완료된 열연강판에 대해 80℃, 19부피%의 HCl 용액으로 산세처리 하였으며, 산세처리 후 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연 후 N2-5부피%H2의 분위기 가스에서 재결정 소둔 열처리를 실시하였다.
강종 합금조성(중량%)
C Mn Si Al P S N Cr Mo Ti Ni Nb B Sb Sn Bi
1 0.18 2.5 1.5 0.004 0.001 0.0013 0.004 0.3 0.03 0.020 0.3 0.05 0.0015 0.0324 0 0
2 0.03 0.05 0.03 0.02 0.001 0.001 0.01 0.05 0.01 0.034 0.05 0.005 0.001 0 0.0213 0
3 0.214 2.456 1.612 0.003 0.002 0.001 0.014 0.2 0.05 0.048 0.02 0.07 0.0015 0 0 0.012
4 0.15 15.0 0.32 0.005 0.001 0.0013 0.012 0.3 0.067 0.040 0.05 0.08 0.0017 0 0.034 0
5 0.178 2.46 1.61 0.004 0.001 0.0013 0.004 0.028 0.0275 0.002 0.31 0.045 0.0017 0 0 0
6 0.145 2.224 3.57 0.003 0.0012 0.0012 0.0026 0.21 0.0023 0.009 0.014 0.023 0.0015 0 0.032 0
7 0.152 1.56 1.09 0.003 0.002 0.0087 0.011 0.3 0.0023 0.045 0.017 0.005 0.0013 0.0017 0 0
8 0.147 2.042 1.23 0.0012 0.0017 0.001 0.013 0.45 0.01 0.050 0.02 0.07 0.0017 0 0.231 0
9 0.174 2.457 1.487 0.0021 0.0012 0.0008 0.011 0.34 0.012 0.038 0.045 0.061 0.0021 0 0 0.172
10 0.08 1.65 0.52 0.0023 0.0014 0.0007 0.013 0.57 0.087 0.045 0.023 0.045 0.0017 0 0.0345 0
조건 강
종		 열연조건 산세조건 냉연조건 소둔조건
슬라브
재가열
온도
(℃)		 조압연 중 디스케일링 실시 횟수 사상압연
인입 온도
(℃)		 사상압연
직후 강판 표면 온도
(℃)		 권취
온도
(℃)		 산세
시간
(s)		 냉간
압하율
(%)		 소둔
온도
(℃)		 로내
이슬점
온도
(℃)
조건1 3 1,248 6 961 908 569 27 51 970 -51
조건2 3 1,251 6 958 912 578 25 54 817 -54
조건3 3 1,238 6 962 911 562 27 53 821 5
조건4 10 1,204 6 956 911 601 21 52 834 -52
조건5 7 1,208 6 947 894 601 24 52 840 -55
조건6 8 1,246 6 953 910 604 23 49 814 -51
조건7 1 1,350 6 980 940 607 28 48 809 -51
조건8 2 1,178 6 954 914 578 21 51 814 -51
조건9 4 1,240 6 957 902 578 29 52 832 -52
조건10 1 1,243 6 954 907 621 24 49 811 -54
조건11 6 1,238 6 957 907 612 26 49 820 -52
조건12 9 1,235 6 957 908 604 27 51 814 -51
조건13 1 1,258 6 940 901 781 23 55 807 -50
조건14 5 1230 6 961 914 650 26 53 821 -52
조건15 3 1,217 4 959 910 608 25 51 819 -48
조건16 10 1,247 4 948 907 607 26 49 814 -51
상기 표 1 및 표 2의 조건에 의해 제조된 각각의 열연강판 및 냉연강판에 대한 물성은 하기의 표 3 및 표 4에 나타내었다. 표 3의 시편 1a 내지 시편 16a는 열연강판 시편을 의미하며, 표 4의 시편 1b 내지 시편 16b는 냉연강판 시편을 의미한다.
열연강판 표면의 적스케일 결함 개수는, 단위 표면당 육안으로 확인된 적스케일 결함의 개수를 의미한다. 구체적으로, 폭방향 1m * 길이방향 60cm 의 크기로 각각의 열연강판에 대해 시험편을 절단하였으며, 각각의 시험편의 표면을 육안으로 관찰하여 적스케일 결함의 개수를 측정하였다.
열연강판 표면측의 농화층 두께는, FIB(Focused Ion beam)을 이용하여 열연강판 박막시편을 제조한 후 TEM(Transmission Electron Microscopy)를 이용하여 농화층을 관찰하였으며, 이미지 분석 소프트웨어를 이용하여 측정하였다. 또한, 열연강판 표면측의 내부산화층 두께는, 열연강판의 샘플을 단면을 SEM(Scanning Electron Microscopy)로 촬영한 후 이미지 분석 소프트웨어를 이용하여 측정하였다.
열연강판의 인장강도 및 연신율은 JIS5호의 규격으로 인장시험을 실시하여 측정하였다.
냉연강판 표면의 띠형 결함 개수는 단위 표면당 육안으로 확인된 띠형 결함의 개수를 의미한다. 구체적으로, 폭방향 1m * 길이방향 60cm 의 크기로 각각의 냉연강판에 대해 시험편을 절단하였으며, 각각의 시험편의 표면을 육안으로 관찰하여 띠형 결함의 개수를 측정하였다.
냉연강판의 표면측 내부산화층의 두께 및 농화층의 두께는 열연강판의 경우와 동일한 방법을 통해 측정하였으며, 냉연강판의 인장강도 및 연신율 역시 열연강판의 경우와 동일한 방법을 통해 측정하였다. 냉연강판 표면의 인산염 표면 도포율은, 냉연강판 표면에 인산염 처리를 실시하고, 인산염 처리된 표면을 SEM으로 촬영 한 후 이미지 분석 소프트웨어를 이용하여 측정하였다.
덴트 결함 발생 여부는 동일한 조건으로 제공되는 냉연강판 코일 10개를 연속적으로 소둔 공정에 투입하여 텐트 결함이 발생하는지 여부를 기초로 평가하였다.
구분 조건 강종 열연
내부산화층
두께
(㎛)		 열연
농화층
두께
(㎛)		 적스케일결함 개수 열열
인장강도
(MPa)		 열열
인장강도*
연신율
(MPa%)
시편1a 조건1 3 2 0.18 1 711 14,931
시편2a 조건2 3 1 0.22 2 707 14,578
시편3a 조건3 3 1 0.21 3 701 14,721
시편4a 조건4 10 3 0.24 3 645 10,320
시편5a 조건5 7 10 0.008 27 821 11,494
시편6a 조건6 8 1 3.120 0 708 10,620
시편7a 조건7 1 4 1.35 15 708 10,974
시편8a 조건8 2 2 0.92 3 271 8,672
시편9a 조건9 4 0 1.03 8 690 22,080
시편10a 조건10 1 3 1.30 5 730 11,680
시편11a 조건11 6 12 1.04 38 890 11,570
시편12a 조건12 9 1 3.21 0 851 11,132
시편13a 조건13 1 17 1.28 4 721 10,815
시편14a 조건14 5 23 0.00 45 745 10,430
시편15a 조건15 3 3 0.21 29 704 14,654
시편16a 조건16 10 2 0.22 41 642 10,272
구분 조건 강종 냉연
내부
산화층
두께
(㎛)		 냉연
농화층
두께
(㎛)		 인산염
도포율
(%)		 띠형
결함
개수		 냉연
인장강도
(MPa)		 냉연
인장강도*
연신율
(MPa%)		 덴트
결함
발생여부
시편1b 조건1 3 0.53 0.002 86 0 840 13,440 미발생
시편2b 조건2 3 0.45 0.002 99 1 907 12,698 미발생
시편3b 조건3 3 0.42 0.002 87 0 900 12,600 미발생
시편4b 조건4 10 0.21 0.009 97 1 768 13,824 미발생
시편5b 조건5 7 4.13 0.001 84 19 849 16,131 발생
시편6b 조건6 8 0.14 0.012 83 0 903 13,545 미발생
시편7b 조건7 1 0.54 0.007 89 12 948 18,754 미발생
시편8b 조건8 2 0.65 0.003 100 0 327 9,156 미발생
시편9b 조건9 4 0.65 0.009 84 0 907 31,745 미발생
시편10b 조건10 1 0.42 0.008 100 3 950 18,050 미발생
시편11b 조건11 6 2.57 0.009 84 31 1,206 19,296 발생
시편12b 조건12 9 0.23 0.011 79 0 1,184 18,234 미발생
시편13b 조건13 1 2.93 0.007 99 0 949 17,082 발생
시편14b 조건14 5 0.45 0.000 81 38 942 15,072 발생
시편15b 조건15 3 0.62 0.002 83 24 907 14,512 미발생
시편16b 조건16 10 1.24 0.011 87 37 768 12,288 미발생
본 발명의 합금조성 및 열연 공정조건을 만족하는 시편 1a 내지 시편 4a의 경우, 본 발명이 목적하는 열연 표면 품질 및 기계적 물성을 만족함을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 합금조성, 열연 및 냉연 공정조건을 만족하는 시편 2b 및 시편 4b 역시, 냉연 표면 품질 및 기계적 물성을 만족함을 확인할 수 있다.
다만, 본 발명의 냉연 공정조건에 비해 소둔 온도 및 로 내 이슬점 온도가 고온인 시편 1b 및 시편 3b의 경우, 소둔 중 Si 표면산화물이 과량 형성되어 인산염 처리성이 열위한 것을 확인할 수 있다.
시편 5a 및 시편 5b의 경우, 본 발명의 열연 및 냉연공정을 만족하지만, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 합계 함량이 본 발명의 범위에 미치지 못하므로, 표면 품질이 열위할 뿐만 아니라, 연속 작업 시 덴트 결함이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
시편 6a의 경우, 본 발명의 열연 공정조건을 만족하나, Sn의 함량이 본 발명의 범위를 초과하여 열연 농화층 두께가 본 발명의 범위를 초과하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 시편 6b의 경우, 본 발명의 냉연 공정조건을 만족하나, 냉연 농화층이 두껍게 형성되어 오히려 인산염 처리성이 열위하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
시편 7a는 본 발명의 합금조성을 만족하나, 슬라브 재가열 온도가 본 발명의 열연 공정조건을 초과하는 경우의 시편이다. 시편 7a의 경우, Sb의 첨가에도 불구하고 슬라브 재가열 온도가 고온이므로, 과도한 Fe2SiO4 스케일이 형성되어 열연 표면 품질이 열위한 것을 확인할 수 있다.
시편 7b의 경우, 본 발명의 합금조성 및 냉연 공정조건을 만족하지만, 열연 과정에서 과도하게 생성된 Fe2SiO4 스케일에 의해 냉연 표면 품질 및 인산염 처리성이 열위하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
시편 8a 및 시편 8b의 경우, 본 발명의 열연 및 냉연 공정조건을 모두 만족하지만. C, Mn 및 Si의 함량이 본 발명의 범위에 미달되어 목적하는 강도를 확보하지 못함을 확인할 수 있다.
시편 9a의 경우, Mn 함량이 본 발명의 범위를 초과하지만, 본 발명의 열연 공정조건을 만족하여 본 발명이 목적하는 열연 표면 품질을 확보할 수 있다.
다만, 시편 9b의 경우, Mn 함량이 본 발명의 범위를 벗어나므로, 열처리 중 Mn계 소둔 산화물이 과다하게 발생하여 인산염 처리성이 열위하게 나타남을 확인할 수 있다.
본 발명의 합금조성, 열연 및 냉연 공정조건을 모두 만족하는 시편 10a 및 10b의 경우, 본 발명이 목적하는 열연 및 냉연 표면 품질, 기계적 물성 및 인산염 처리성을 모두 을 만족함을 확인할 수 있다.
시편 11a 및 시편 11b의 경우, 본 발명의 열연 및 냉연 공정조건을 모두 만족하나, Si의 함량의 본 발명의 범위를 초과하여, Sn의 첨가에도 불구하고 열연 및 냉연 표면 품질이 열위하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
시편 12a의 경우, 본 발명의 열연 공정조건을 만족하나, Bi의 함량이 본 발명의 범위를 초과하여 열연 농화층 두께가 본 발명의 범위를 초과하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 시편 12b의 경우, 본 발명의 냉연 공정조건을 만족하나, 냉연 농화층이 두껍게 형성되어 오히려 인산염 처리성이 열위하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
시편 13a의 경우, 본 발명의 합금조성은 만족하나 권취 온도가 고온으로 내부산화가 과다하게 발생한 것을 확인할 수 있다.
고온 권취에 따른 내부산화는 시편 13b의 내부산화 두께에도 영향을 미치며, 그에 따라 연속 작업 시 덴트 결함이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
시편 14a 및 시편 14b의 경우, 본 발명의 열연 및 냉연 공정조건을 만족하지만, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상의 합계 함량이 본 발명의 범위에 미치지 못하므로, 표면 품질이 열위할 뿐만 아니라, 연속 작업 시 덴트 결함이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
시편 15a 및 시편 16a의 경우, 조압연 중 디스케일링 회수가 본 발명의 범위에 미달되어 열연 표면 품질이 열위한 것을 확인할 수 있다.
또한, 시편 15a 및 시편 16b의 경우, 조압연 중 디스케일링 회수가 본 발명의 범위에 미달되어 냉연 표면 품질 및 인산염 처리성이 열위하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims (19)

  1. 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 표층부에 농화되어 형성되는 농화층의 두께는 0.01~3㎛이며, 내부산화층 두께는 5㎛ 이하이고, 폭방향 1m * 길이방향 60cm의 단위 영역 내 표면 적스케일 결함 개수가 평균 10개 이하인 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판은, 중량%로, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판의 인장강도는 500Mpa 이상인, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판의 인장강도*연신율은 10,000MPa% 이상인, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판.
  5. 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 표층부에 농화되어 형성되는 농화층의 두께는 0.002~0.01㎛이며, 내부산화층의 두께는 2.5㎛ 이하이고, 표면의 인산염 도포율은 95% 이상인 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉연강판은, 중량%로, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉연강판의 표면에서 폭방향 1m * 길이방향 60cm의 단위 영역 내 띠형 결함의 개수가 평균 10개 이하인, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 냉연강판의 인장강도는 500Mpa 이상인, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 냉연강판의 인강강도*연신율은 10,000MPa% 이상인, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
  10. 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~4.0%, Si: 0.3~2.0%, Al: 0.001~0.05%, P 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상이 합계로 0.005~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,100~1,300℃의 온도범위에서 재가열하고;
    상기 재가열된 슬라브를 조압연하여 압연재를 제공하고;
    상기 압연재를 마무리 압연 온도가 Ar3℃ 이상이 되도록 사상압연하여 열연강판을 제공하고;
    상기 열연강판을 550~750℃의 온도범위에서 권취하되.
    상기 조압연 중 상기 압연재에 대해 수압 150~160bar의 고압수를 6회 이상 분사하여 사상압연 직후의 상기 열연강판의 표면온도가 920℃ 이하가 되도록 하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 권취된 열연강판은 2℃/min 이상의 냉각속도로 500℃ 이하의 온도범위까지 냉각되는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 슬라브는, 중량%로, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법.
  15. 제10항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제공하고;
    상기 냉연강판을 재결정 소둔 열처리하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 냉간압연의 압하율은 40~60%인, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 재결정 소둔 열처리는, -80~-50℃의 이슬점 온도, N2-2~10부피%H2의 분위기 가스에서, 750~950℃의 온도범위로 상기 냉연강판을 가열하여 2~150초간 유지하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 재결정 소둔 열처리된 냉연강판을 10℃/s 이상의 냉각속도로 250~500℃의 온도범위까지 냉각한 후 50~150초간 동안 유지하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 냉각 및 유지된 냉연강판을 30℃/s 이상의 가열속도로 400~500℃까지 가열한 후 냉각하여 권취하는, 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.

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