KR102237628B1 - 고장력 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 관점에 따르는 고장력 강판의 제조 방법은 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~1.0%, 망간(Mn): 1.50~2.70%, 인(P): 0초과 0.02% 이하, 황(S): 0초과 0.003% 이하, 가용성 알루미늄(Al): 0.01~0.10%, 크롬(Cr): 0.1~1.0%, 니오븀(Nb): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.001~0.05%, 보론(B): 0.0001~0.004%, 질소(N): 0 초과 0.0060% 이하 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 재가열된 상기 강 슬라브를 AC3 ~ 960℃에서 열간 마무리 압연하여 열연 판재를 얻는 단계; 및 상기 열연 판재를 권취 온도: 420~650℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함한다.

Description

고장력 강판 및 그 제조방법{HIGH-STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 고장력 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업 분야에서, 차체의 경량화 추세 및 각종 안전 규제의 강화에 따라, 자동차 부품에 적용되는 초고장력강의 비율이 높아지고 있다.
상기 초고장력강은 기본적으로 페라이트(Ferrite), 베이나이트(Baintie), 마르텐사이트(Martensite), 및 템퍼드 마르텐사이트 상의 조합으로 구성되며, 이들 상의 구성 비율에 따라, DP(Dual Phase)강, TRIP(Transformation Induced Plasticity)강, 복합조직(Complex Phase)강 등으로 분류되어 적용되고 있다.
한편 자동차 부품용 강판의 경우, 초고장력 특성과 함께, 미려한 표면 품질이 요구되고 있어, 최종 강판 제품의 표면 품질을 보장할 것을 요구하고 있다.
이에 관련된 기술로는 본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2012-0127733호(2012.11.23. 공개, 발명의 명칭: 가공성이 우수한 초고강도 강판 및 그의 제조 방법)이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열연 공정 조건을 제어하여 표면 품질이 우수한 고장력 강판을 제조하는 것에 있다.
본 발명의 일 관점에 따르는 고장력 강판의 제조 방법은 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~1.0%, 망간(Mn): 1.50~2.70%, 인(P): 0초과 0.02% 이하, 황(S): 0초과 0.003% 이하, 가용성 알루미늄(Al): 0.01~0.10%, 크롬(Cr): 0.1~1.0%, 니오븀(Nb): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.001~0.05%, 보론(B): 0.0001~0.004%, 질소(N): 0 초과 0.0060% 이하 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 재가열된 상기 강 슬라브를 AC3 ~ 960℃에서 열간 마무리 압연하여 열연 판재를 얻는 단계; 및 상기 열연 판재를 권취 온도: 420~650℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 열간 압연 및 상기 권취 단계는 상관 계수 Z < 45의 조건으로 진행하되, Z = 40 + (Bs-CT) * FDT/ 104 , Bs 는 온도(℃) 단위로서, Bs=656-57.7*[C]-35*[Mn]-75[Si]-34*[Cr]이고, [C],[Mn],[Si],및 [Cr]는 각각 탄소, 망간, 실리콘, 및 크롬의 농도(중량%)이며, 계수 656은 온도 단위(℃) 이며, 계수 -57.7, -35, -75, -15, -34, 및 -41은 각각 [온도(℃)/중량%] 단위이며, CT는 권취온도(℃)이며, FDT는 열간 마무리 압연 온도(℃)이며, 계수 104은 [온도(℃)]2 단위일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 고장력 강판의 제조 방법은 상기 권취된 열연 판재를 산세후 압하율 30% 내지 70%로 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연된 판재를 AC1 ~ AC3 ± 20℃ 의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; 및 상기 소둔 열처리 이후에 250℃ 내지 400℃로 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 고장력 강판의 제조 방법은 상기 권취된 열연 판재를 언코일 및 산세후 압하율 30% 내지 70%로 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연된 판재를 AC1 ~ AC3 ± 20℃ 의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; 및 상기 소둔 열처리 이후에 450℃ 내지 550℃로 냉각하는 후에 상기 냉각된 판재에 대해 용융아연도금공정을 수행 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 고장력 강판의 제조 방법은 상기 용융아연도금공정을 수행한 후에, 500℃ 내지 550℃ 에서 합금화 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 권취 후 상기 냉간 압연 전에, 상기 열연 판재는 마르텐사이트, 베이나이트 및 페라이트를 포함하는 복합 조직을 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 권취 후 상기 냉간 압연 전에, 상기 열연 판재는 폭 방향으로 에지부와 센터부의 항복 강도 편차가 15 MPa 내지 135 MPa일 수 있다.
본 발명에 따르면, 소정의 성분계를 가지는 강 슬라브에 대해 열간 마무리 압연 및 권취 공정의 조건을 제어하여, 표면 품질이 우수한 고장력 강판을 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 열간 압연 후에 권취된 열연 코일을 개략적으로 나타내는 도면이다
도 2는 도 1의 열연 코일의 중간부을 폭 방향(DW) 및 압연 방향(DR)에 대해 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 중간부의 폭 방향(DW) 에지부의 미세 조직 사진이다.
도 4는 도 2의 중간부의 폭 방향 미드부의 미세 조직 사진이다.
도 5는 도 2의 중간부의 폭 방향 센터부의 미세 조직 사진이다.
도 6은 종래의 열연 강판의 냉간 압연 시의 압하력을 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 열연 강판의 냉간 압연 시의 압연 양상을 나타내는 그래프이다.
도 8은 종래의 냉연 강판의 열처리 진행 후의 표면 품질을 나타내는 사진이다.
도 9는 종래의 냉연 강판의 합금화용융아연도금 후의 표면 품질을 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 열연 모사 실험에 있어서, 열간 마무리 온도 860℃ 일 경우, 권취온도에 따르는 초기변태분율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 열연 모사 실험에 있어서, 열간 마무리 온도 900℃ 일경우, 권취온도에 따르는 초기변태분율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 열연 모사 실험에 있어서, 열간 마무리 온도 940℃ 일 경우, 권취온도에 따르는 초기변태분율을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
최근의 고장력강의 경우, 강도를 높이고자 다량의 망간, 크롬, 및 보론을 첨가하여, 냉간 압연 후 소둔 열처리 단계에서 페라이트 및 펄라이트의 변태를 지연시켜 경화능을 확보하는 방법을 채용하고 있다. 그러나, 상기 원소들의 첨가는 중간재인 열연 강판의 강도를 상승시켜 후속 공정인 냉간 압연 공정에 압연 부하를 줄 수 있다. 또한, 열간 압연을 진행하는 과정에서, 폭방향 재질 편차(즉, 항복강도 및 미세조직 편차)가 발생하는 경우, 열연 코일의 판형상 불량을 발생시켜 후속하는 냉연 후 소둔 열처리 공정 작업 중 설비 간섭에 의한 스크래치를 발생시켜, 표면 품질 불량을 발생시킬 수 있다.
도 1은 종래의 열간 압연 후에 권취된 열연 코일을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 권취된 열연 코일은 내권부(110), 중간부(120) 및 외권부(130)을 포함할 수 있다. 내권부(110) 및 외권부(130)은 권취된 형태에 기인하여, 외부 공기와 접촉할 수 있다. 반면에, 중간부(120)는 외부 공기와 상대적으로 접촉하지 못하여, 권취 이후에 진행되는 코일의 냉각 속도가 내권부(110) 및 외권부(130)의 냉각 속도보다 느릴 수 있다.
도 2는 도 1의 열연 코일의 중간부(120)을 폭 방향(DW) 및 압연 방향(DR)에 대해 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 중간부(120)의 폭 방향(DW) 에지부의 미세 조직 사진이다. 도 4는 도 2의 중간부(120)의 폭 방향 미드부의 미세 조직 사진이다. 도 5는 도 2의 중간부(120)의 폭 방향 센터부의 미세 조직 사진이다.
상술한 바와 같이, 중간부(120)는 권취 이후의 냉각 속도가 내권부(110) 및 외권부(130)보다 상대적으로 느릴 수 있다. 또한, 권취 이후에 냉각이 진행될 때, 중간부(120)는 폭 방향(DW)에 따라 외부 공기와 접촉하는 정도가 서로 다를 수 있으며, 이에 따라 변태 양상이 서로 다를 수 있다. 도 2를 참조하면, 폭 방향(DW)으로, 센터부(210), 미드부(220) 및 에지부(230)로 분류될 수 있다.
도 3을 참조하면, 폭 방향(DW) 에지부(230)의 미세 조직은 마르텐사이트 및 베이나이트와 같은 경질상으로 구성되어 높은 강도를 가질 수 있다. 반면에, 도 5를 참조하면, 폭 방향(DW) 센터부(210)의 미세 조직은 펄라이트 및 페라이트가 주요 조직상으로 구성되어 상대적으로 강도가 가장 낮을 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 폭 방향(DW) 미드부(220)는 에지부(230)와 센터부(210)의 조직이 혼재되어 있어, 에지부(230)와 센터부(210)의 중간 정도의 강도를 가질 수 있다.
도 6은 종래의 열연 강판의 냉간 압연 시의 압하력을 나타내는 그래프이다. 도 7은 종래의 열연 강판의 냉간 압연 시의 압연 양상을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 열연 코일을 언코일링하고 산세 후에 냉간 압연할 때, 압연 방향(DR)을 따라, 열연 코일의 내권부(110), 중간부(120) 및 외권부(130)에 각각 대응되는 부분의 압하력을 살펴볼 수 있다. 중간부(120)에 해당되는 부분에서, 압연 롤의 압하력이 상대적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 중간부(120)의 조직이 내권부(110) 및 외권부(130)에 비해 상대적으로 낮은 강도로 이루어져 있음을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면, 냉간 압연의 양상을 압연 방향(DR) 및 폭 방향(DW)을 따라 확인할 수 있다. 도 7은 냉간 압연의 양상과 관련하여 공지의 I-Unit(△Li×105/L) 측정 결과를 색상으로 나타낸 그래프이다. △Li:은 압연시의 길이 변화량이며, L은 코일 전체 길이이다. 압연에 따르는 길이 변화의 정도가 가장 큰 붉은 색이 중간부(120)의 센터부(210)의 영역에 집중되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 중간부(120)가 상대적으로 연질의 조직이며, 또한, 중간부(120)에서도 센터부(210)가 가장 연질의 조직임을 알 수 있다. 즉, 중간부(120)에서 압연이 가장 크게 진행될 수 있으며, 중간부(120)의 센터부(210)가 상대적으로 압연가 가장 크게 진행됨을 알 수 있다.
도 8은 종래의 냉연 강판의 열처리 진행 후의 표면 품질을 나타내는 사진이다. 도 9는 종래의 냉연 강판의 합금화용융아연도금 후의 표면 품질을 나타내는 사진이다. 도 8 및 도 9는 상술한 종래의 열연 공정 및 냉연 공정을 진행한 후에, 소둔 열처리를 진행한 후에 강판의 표면을 관찰한 사진이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상술한 도 7에서와 같이, 냉간 압연 사이의 압연 정도가 차이가 나는 냉연 강판을 소둔 열처리 설비에 투입하면, 열처리 설비와의 간섭에 의해 표면 스크래치가 발생함을 알 수 있다. 도 9를 참조하면, 합금화용융아연도금이 진행된 강판에 대해, 상기 아연도금층을 제거하고 관찰한 결과, 스크래치가 관찰되는 점을 감안하면, 상기 표면 스크래치가 소둔 열처리 과정에서 발생된 것임을 확인할 수 있었다.
후술하는 본 발명의 실시예에서는 열연 공정 모사 실험을 실시하여, 열연 공정 단계에서 적정한 공정 조건을 제시함으로써, 상술한 열간 압연 과정에서 발생하는 재질 편차를 막고, 그 결과, 최종 제조되는 고장력 강판의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 방법을 제안한다.
본 발명의 발명자들은 다음과 같은 열연 모사 실험을 진행하였다. 본 발명의 발명자들은 열연 권취 후의 냉각 과정에 발생하는 변태에 의한 재질 특성의 차이는 열연 공정의 열간 마무리 온도와 권취 온도에 따라 달라질 수 있다고 판단하였다.
먼저, 표 1에 도시되는 강재 조성에 대해, 표 2의 마무리 압연 온도, 냉각 속도, 권취 온도, 유지 시간으로 가열 냉각을 진행하여, 시편 1 내지 시편 9을 제조하였다.
C Mn Si sol-Al Cr Nb Ti B
wt(%) 0.12 2.60 0.213 0.029 0.40 0.021 0.019 0.019
sol-Al은 가용성 알루미늄임.
마무리압연온도
(℃)		 냉각속도
(℃/s)		 권취온도
(℃)		 권취후유지시간
(s)
시편1 860 -70 500 3600
시편2 860 -70 560 3600
시편3 860 -70 620 3600
시편4 900 -70 500 3600
시편5 900 -70 560 3600
시편6 900 -70 620 3600
시편7 940 -70 500 3600
시편8 940 -70 560 3600
시편9 940 -70 620 3600
그리고, 시편 1 내지 시편 9에 대해, 오스테나이트(r) 상에서의 초기 변태 분율(Vr1)(%)을 측정하고, 이를 표 3 및 도 10 내지 도 12에 나타내었다.
마무리 압연 온도(℃)
860 900 940
권취온도(℃) 500 14.8 35.4 53.6
560 43.4 38.7 26.8
620 57.1 43.9 40.4
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 열연 모사 실험에 있어서, 열간 마무리 온도 860℃ 일 경우, 권취온도에 따르는 초기변태분율을 나타내는 그래프이다. 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 열연 모사 실험에 있어서, 열간 마무리 온도 900℃ 일경우, 권취온도에 따르는 초기변태분율을 나타내는 그래프이다. 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 열연 모사 실험에 있어서, 열간 마무리 온도 940℃ 일 경우, 권취온도에 따르는 초기변태분율을 나타내는 그래프이다.
베이나이트 변태가 시작되는 온도는 합금 성분계와 관련이 되는데, 표 1의 성분계에 대해서는 약 530℃ 가 베이나이트 변태 시작 온도임이 확인되었다.
표 3 및 도 10 내지 도 12를 참조하면, 베이나이트 변태 시작 온도보다 낮은 권취 온도 500℃의 조건(시편 1, 4 ,7)으로 진행할 경우, 권취 후 냉각 중에 베이나이트 변태가 진행될 수 있다. 이 때, 마무리 압연 온도를 증가시키는 경우, 탄소 성분의 입계 편석 영역이 감소될 수 있다. 따라서, 권취 온도가 베이나이트 변태 온도 이하인 경우, 마무리 압연 온도를 증가시킬수록, 권취된 열연 코일의 냉각 중 베이나이트 변태가 진행되는 분율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
베이나이트 변태 시작 온도보다 높은 권취 온도 560 및 620℃의 조건 (시편, 2, 3, 5, 6, 8, 9)으로 진행할 경우, 권취 후 냉각 중에 페라이트 변태가 진행될 수 있다. 이때, 마무리 압연 온도를 감소시키는 경우, 탄소 성분의 입계 편석 영역이 증가하면서 입내는 페라이트 변태가 촉진될 수 있다. 따라서, 권취 온도가 베이나이트 변태 온도보다 높은 경우, 마무리 압연 온도를 증가시킬수록, 권취된 열연 코일의 냉각 중 페라이트 변태가 억제되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 실험을 통해, 마무리 압연 온도와 권취 온도가 열연 강판의 미세 조직에 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 본 발명에서는 열연 강판의 초기 변태량을 억제하기 위한 마무리 압연 온도(FDT)와 권취 온도(CT)의 조건을 다음의 상관 계수 Z의 관계식 1과 같이, 결정한다.
Z < 45 --------------------------- 관계식 1
여기서, Z = 40 + (Bs-CT) * FDT/ 104 , Bs 는 온도(℃) 단위로서, Bs=656-57.7*[C]-35*[Mn]-75[Si]-34*[Cr]이고, [C],[Mn],[Si]및 [Cr]는 각각 탄소, 망간, 실리콘 및 크롬 농도(중량%)이며, 계수 656은 온도 단위(℃) 이며, 계수 -57.7, -35, -75, -15, -34, 및 -41은 각각 [온도(℃)/중량%] 단위이며, CT는 권취온도(℃)이며, FDT는 열간 마무리 압연 온도(℃)이며, 계수 104은 [온도(℃)]2 단위임.
한편, 이하에서는, 상술한 열연 공정 조건을 이용하는 표면 품질이 우수한 고장력 강의 제조 방법을 보다 자세히 설명한다.
고장력 열연 강판
본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 열연 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대해 상세히 설명한다 (각 성분의 함량은 전체 강판에 대한 중량%로서, 이하에서는 %로 표시함).
탄소(C) : 0.10~0.30 %
탄소(C)는 강의 강도 확보를 위해 첨가된다. 탄소(C)는 냉각 중 오스테나이트 상변태 억제 등 강의 강도를 증가시키고 잔류 오스테나이트를 안정화시키는 주요 원소로 사용된다. 일 구체예에서, 상기 탄소(C)는 강판 전체 중량의 0.10~0.30% 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 탄소를 0.10% 미만으로 포함시 강판의 강도 확보가 어려우며, 0.30%를 초과하여 포함시 연성이 열화될 수 있다. 또한, 용접성이 열화될 수 있다.
실리콘(Si) : 0.1~1.0%
실리콘(Si)은 강의 탈산을 위해 포함되며, 고용강화에 의한 강도 상승의 효과를 가진다. 또한, 강의 연신율을 증가시킬 수 있다. 일 구체예에서 상기 실리콘(Si)은 강 슬라브 전체 중량에 대하여 0.1~1.0%의 함량으로 포함된다. 상기 실리콘을 0.1% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 1.0%를 초과하여 포함시 강의 연성 및 인성이 저하될 수 있다. 또한 열연 스케일이 심화될 수 있다.
망간(Mn) : 1.50~2.70%
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로서, 저온상의 분율을 증가시키고 고용 강화 효과로 강의 강도를 증가시키는 원소로 사용되었다. 일 구체예에서 상기 망간(Mn)은 상기 강 슬라브 전체 중량에 대하여 1.50~2.70% 포함된다. 상기 망간을 1.50% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 2.70%를 초과하여 포함시 저온 충격인성이 저하될 수 있다. 또한, 슬라브 품질이 열위해지고 중심 편석의 원인이 될 수 있으며, 최종 냉연 제품의 굽힘 특성이 열위해질 수 있다.
인(P): 0초과 0.02% 이하
인(P)은 시멘타이트 형성을 악제하고 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 다만, 인(P)의 함량이 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.02%를 초과할 경우에는 용접성을 악화시켜 슬라브 중심 편석에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서, 인(P)은 전체 강재 중량의 0 초과 0.02% 이하로 함유량을 제어한다.
황(S): 0초과 0.003% 이하
황(S)은 강판의 담금질성을 높여 담금질 후의 강도의 안정화를 높이는 효과를 갖지만, 부식환경에서 강재로의 수소 흡수를 조장하며, 수소취성에 의한 균열의 기점이 되는 MnS과 같은 황화물을 형성하기 때문에 최소화하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서 황(S)은 전체 강재 중량의 0 초과 0.003% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
가용성 알루미늄(sol-Al) : 0.01~0.10%
가용성 알루미늄(sol-Al)은 탈산 목적으로 첨가되는 원소이다. 본 발명의 실시예에서, 가용성 알루미늄(sol-Al)은 전체 강재 중량의 0.01 내지 0.10%로 첨가될 수 있다. 가용성 알루미늄(sol-Al)이 0.01% 미만으로 첨가될 때, 상술한 효과를 얻지 못하며, 가용성 알루미늄(sol-Al)이 0.10% 을 초과하여 첨가될 때 알루미늄 개재물 및 산화물이 형성되어, 최종 제품의 표면 품질이 열위해질 수 있다.
크롬(Cr) : 0.1~1.0%
크롬(Cr)은 페라이트 및 펄라이트의 고온 상변태 억제 효과가 높은 원소로서 오스테나이트의 소입성 향상을 위하여 첨가될 수 있다. 그러나, 크롬(Cr)의 함유량이 0.1％ 미만이면 상술한 효과를 얻지 못하며 크롬(Cr)의 함유량이 1.0％를 초과하면 열연판 어닐링 및 냉연판 어닐링으로 탄화물이 구상화되기 어려워져, 드로잉이 저하될 수 있다. 또한, 크롬(Cr)의 함유량이 1.0％를 초과하면, 상술한 고온 상변태 억제 효과가 포화되어, 합금 원소의 원가만 증가시킬 수 있다.
니오븀(Nb): 0.01~0.05%
니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 강의 강도 증가에 영향을 미치는 탄화물 또는 질화물을 형성할 수 있다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강의 강도와 저온인성을 향상시킬 수 있다. 또한, 니오븀(Nb)은 재가열온도를 높여 재고용율을 상승시키고 압연 중 미재결정 영역에서의 압하량을 증가시켜 결정립 미세화로 강의 강도 및 충격인성 향상효과가 있다. 일 구체예에서, 상기 니오븀은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.01~0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 니오븀을 0.01% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.05%를 초과하여 포함시 조대한 탄화물 형성으로 인해 항복강도를 상승시켜 가공성을 오히려 저하시킬 수 있다.
티타늄(Ti): 0.001~0.05%
티타늄(Ti)은 강도 확보 측면에서 첨가하는 원소이다. 상기 티타늄이 상기 강판 전체 중량에 대해 0.001% 미만으로 포함시, 그 첨가 효과가 미미하며, 0.05%를 초과하여 첨가시 TiN 개재물의 조대화로 인해 강판의 기계적 물성이 열위해질 수 있다.
보론(B): 0.0001~0.004%
보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 인(P)의 편석을 막아 강도를 향상시키는 역할을 한다. 인(P)의 편석이 발생할 경우 2차가공취성이 발생할 수 있으므로, 보론(B)을 첨가하여 인(P)의 편석을 막아 가공취성에 대한 저항성을 증가시킨다. 적정한 함량이 첨가되면 페라이트 형성을 억제하여 경화능 증대에 효과적이지만 과다하게 함유되면 오스테나이트 재결정 온도를 상승시키며 용접성을 나쁘게 한다. 또한, 보론이 과다 첨가시 BN의 생성에 의해 도금 밀착성이 열위해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 보론(B)의 함량을 0.0001~0.004%로 제어하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0 초과 0.0060% 이하
질소(N)는 연신율을 저해하여 강의 성형성을 열화 시킨다. 질소의 함량이 낮으면 낮을수록 좋으나 낮은 함량으로 관리하는 경우 강의 제조 비용이 증가할 수 있다. 한 구체예에서 상기 질소는 상기 강재 전체 중량에 대하여 0 초과 0.0060 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 질소를 0.0060 중량% 초과하여 포함시 강재의 연신율이 저하될 수 있다.
본 발명의 초고장력 열연 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 철강 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
이상에서 설명한 본 발명의 고장력 강판은 하기의 일 구체예로서 제조될 수 있다.
고장력 열연 강판의 제조방법
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 고장력 강판의 제조방법은 강 슬라브 재가열 단계(S110), 열간 압연 단계(S120), 냉각 및 권취 단계(S130), 냉간 압연 단계(S140), 소둔 열처리(S150)를 포함한다. 몇몇 다른 실시 예에서, 소둔 열처리(S150) 후에 용융아연도금 공정 또는 용융아연도금공정 진행후에 합금화 열처리 공정이 추가적으로 진행될 수 있다. 이하, 상기 본 발명의 열연 강판의 제조방법을 단계별로 보다 상세히 설명한다.
슬라브 재가열 단계(S110)
슬라브 재가열 단계(S110)는, 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~1.0%, 망간(Mn): 1.50~2.70%, 인(P): 0초과 0.02% 이하, 황(S): 0초과 0.003% 이하, 가용성 알루미늄(Al): 0.01~0.10%, 크롬(Cr): 0.1~1.0%, 니오븀(Nb): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.001~0.05%, 보론(B): 0.0001~0.004%, 질소(N): 0 초과 0.0060% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 슬라브 재가열 온도(SRT): 1,180℃ 이상의 온도로 재가열하여, 주조시 편석된 성분을 재고용시키는 단계이다. 일 구체예에서, 상기 강 슬라브 재가열 단계는 1,180℃ ~ 1,250℃의 조건에서 2시간 이상 가열하여 주조시 편석된 성분을 재고용시키는 단계이다.
강 슬라브 재가열 온도가 1,180℃ 미만일 경우 열간압연 시 압연부하가 야기되며, 첨가된 니오븀(Nb)이 충분히 재고용되지 못하므로 석출물의 조대화가 발생하여 충분한 강도 확보가 어려워진다. 또한, 슬라브 재가열 온도가 1,250℃를 초과하면 결정립의 조대화로 인해 강판의 강도가 저하될 수 있다.
열간 압연 단계(S120)
열간 압연 단계(S120)는 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하여 열연 판재를 제조하는 단계이다. 본 발명의 일 구체예에서, 상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 압연 온도: AC3 ~ 960℃에서 열간 압연할 수 있다. 마무리 압연 온도가 960℃를 초과하면 강판의 표면 스케일 발생으로 인해 강판의 품질이 저하될 우려가 발생하며, 고온 압연으로 인해 결정립의 크기가 증가하여 원하는 강도 확보가 불가능해진다. 또한, 마무리 압연 온도가 AC3 미만인 경우에는 이상영역의 압연에 의해 혼립 조직의 발생으로 강판의 가공성을 확보하기 어려우며 압연공정에 부하를 야기할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 마무리 압연 온도는 860℃ ~ 960℃ 일 수 있다.
냉각 및 권취 단계(S130)
냉각 및 권취 단계(S130)는 상기 열간 압연하여 얻은 열연 판재를 권취 온도: 420 ~ 650℃까지 냉각한 후 권취하는 단계이다.
본 발명의 강종의 경우 420℃ 미만의 온도에서 권취가 이루어질 경우 열연재의 강도가 상승하여 냉간 압연시 압하율 증가로 생산성이 떨어지고, 변태 발열로 인한 코일의 형상 결함이 발생할 수 있다. 반면에 650℃를 초과한 온도에서 권취가 이루어질 경우, 표면 색차 발생으로 표면 불량이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에서는 상기에서 검토한 것과 같이, 열연 제품의 초기 변태량을 억제하기 위해, 마무리 압연 온도와 권취 온도를 상관 계수 Z의 관계식 1에 의해 제어할 수 있다.
Z < 45 --------------------------- 관계식 1
여기서, Z = 40 + (Bs-CT) * FDT/ 104 , Bs 는 온도(℃) 단위로서, Bs=656-57.7*[C]-35*[Mn]-75[Si]-34*[Cr]이고, [C],[Mn],[Si] 및 [Cr]는 각각 탄소, 망간, 실리콘 및 크롬의 농도(중량%)이며, 계수 656은 온도 단위(℃) 이며, 계수 -57.7, -35, -75, -15, -34, 및 -41은 각각 [온도(℃)/중량%] 단위이며, CT는 권취온도(℃)이며, FDT는 열간 마무리 압연 온도(℃)이며, 계수 104은 [온도(℃)]2 단위임.
Z가 45이상인 경우, 초기 변태량의 증가로 인해, 열연 공정에 의해, 열연 강판의 코일 에지부와 센터부의 재질 편차가 급격히 증가할 수 있다. 반면에, Z가 45 미만인 경우, 열연 강판의 코일 에지부와 센터부의 재질 편차가 억제될 수 있다. 일 예로서, 열연 강판은 폭 방향으로 상기 에지부와 상기 센터부의 항복 강도 편차가 15 MPa 내지 134 MPa을 가질 수 있다. 여기사 에지부와 센터부는 도 2의 열연 강판의 폭 방향(DW)에 따르는 에지부(230)과 센터부(210)를 의미할 수 있다.
냉간 압연 단계(S140)
상기 권취된 열연 판재를 언코일, 산세 후 압하율 30% 내지 70%로 냉간 압연을 진행할 수 있다.
소둔 열처리 단계(S140)
상기 냉간 압연된 판재를 AC1 ~ AC3 ± 20℃ 의 온도에서 소둔 열처리한다. 구체적인 실시 예에서, 상기 소둔 열처리는 800℃ ~ 840℃ 의 온도에서 진행될 수 있다. 상기 온도 및 시간 조건으로 소둔 열처리시 충분한 강도를 확보할 수 있다.
목표로 하는 최종 제품이 도금층이 없는 냉연 강판인 경우, 상기 소둔 열처리한 판재를 250 ℃ 내지 400℃ 까지 냉각할 수 있다. 반면에, 목표로 하는 최종 제품이 도금 강판인 경우, 상기 소둔 열처리한 판재를 400℃ 내지 550℃ 까지 냉각할 수 있다. 이어서, 500℃ 내지 550℃의 온도인 아연 도금욕에 침지시켜 용융아연 도금강판을 제조한다. 몇몇 다른 실시 예에서는, 상기 아연 도금욕에 침지한 용융아연도금강판을 500℃ 내지 550℃의 온도에서 합금화 열처리를 진행함으로써, 합금화아연도금강판을 제조할 수 있다.
한편, 한편, 본 발명의 실시 예에 따르면, 냉각 및 권취 단계(S130) 후 냉간 압연 단계(S140) 전에, 상기 열연 판재는 마르텐사이트, 베이나이트 및 페라이트를 포함하는 복합 조직을 가질 수 있다. 또한, 냉각 및 권취 단계(S130) 후 냉간 압연 단계(S140) 전에, 상기 열연 판재는 폭 방향으로 에지부와 센터부의 항복 강도 편차가 15 MPa 내지 135 MPa일 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 사상을 상세히 설명한다.
실시예
표 4에 도시되는 성분계를 준비한다. 성분계는 중량%의 단위를 가진다. 다만, Bs는 상기 성분계의 해당 성분의 중량%에 의해 결정되는 것으로서 다음과 같다.
Bs=656-57.7*[C]-35*[Mn]-75[Si]-34*[Cr]이고, [C],[Mn],[Si] 및 [Cr]은 각각 탄소, 망간, 실리콘 및 크롬의 함량(중량%)이며, 표 4에 기재된 가용성 알루미늄(sol-Al), 인(P), 황(S), 니오븀(Nb), 보론(B), 질소(N)의 함량은 수식에서 제외되었다. Bs는 온도(℃)의 단위를 가지며, 계수 656은 온도 단위(℃) 이며, 계수 -57.7, -35, -75, -15, -34, 및 -41은 각각 [온도(℃)/중량%] 단위이다.
성분계 C Si Mn P S sol-Al Cr Nb Ti B N Bs
1 0.121 0.214 2.60 0.011 0.0019 0.029 0.41 0.021 0.019 0.0019 0.0037 528
2 0.123 0.1 2.50 0.013 0.0019 0.050 0.58 0.042 0.025 0.0021 0.0042 534
3 0.158 0.435 2.41 0.013 0.0021 0.025 0.17 0.010 0.044 0.0023 0.0034 524
4 0.105 0.879 2.39 0.015 0.0022 0.034 0.35 0.012 0.012 0.0017 0.0036 488
5 0.203 0.735 2.42 0.014 0.0021 0.048 0.37 0.018 0.023 0.0024 0.0040 492
6 0.104 0.985 2.38 0.015 0.0025 0.032 0.95 0.039 0.003 0.0005 0.0044 460
7 0.250 0.312 1.96 0.013 0.0030 0.039 0.43 0.023 0.0031 0.0026 0.0046 535
8 0.114 0.507 2.37 0.012 0.0021 0.021 0.67 0.032 0.038 0.0004 0.0032 506
9 0.290 0.152 1.50 0.011 0.0019 0.043 0.37 0.010 0.042 0.0040 0.0046 563
이어서, 표 4의 성분계 1 ~ 성분계 9 에 대해, 표 5의 공정 조건에 따라 열연 공정, 냉연 공정 및 소둔 공정을 진행하였다. 냉연 공정은 50%의 압하율로 진행되었다. 냉연 강판(CR)의 경우, 소둔 열처리 후 표 5의 해당 냉각 온도에서 냉각이 종료된 후에 공냉되었으며, 합금화열처리 도금강판(GA)의 경우, 소둔 열처리 후 표 5의 해당 냉각 온도에서 냉각이 종료된 후에, 500℃의 도금욕에서 용융아연도금후에, 500℃에서 합금화 아연 열처리를 진행하였다.
성분계 최종제품 열연 공정 냉연 공정
 Z
FDT (℃) CT(℃) 소둔온도
(℃)		 냉각온도
(℃)
실시예1 1 CR 880 520 800 290 39.30
실시예2 1 GA 900 500 820 450 37.48
비교예1 1 GA 900 620 830 450 48.28
실시예3 2 CR 940 560 780 290 42.44
실시예4 2 CR 860 560 800 300 42.24
실시예5 3 GA 920 520 815 480 39.63
실시예6 3 GA 920 520 830 480 39.63
실시예7 3 GA 880 520 815 320 39.65
실시예8 4 CR 900 500 820 330 41.08
실시예9 4 CR 920 500 800 300 41.10
실시예10 5 CR 960 520 820 330 42.69
실시예11 5 GA 900 520 820 490 42.52
실시예12 6 GA 900 420 815 500 36.40
비교예2 6 GA 900 600 815 500 52.60
실시예13 6 CR 920 480 820 310 41.84
실시예14 7 CR 900 560 840 250 42.25
비교예3 7 CR 900 700 840 250 54.85
비교예4 8 CR 920 680 830 300 56.01
실시예15 8 GA 920 500 810 490 39.45
비교예5 9 CR 900 650 830 250 47.83
여기서 상관 계수는, 상술한 바와 같이, Z = 40 + (Bs-CT) * FDT/ 104 의 관계식으로 결정될 수 있다. 상술한 바와 같이, Bs 는 표 4에서 결정될 수 있다.
실시예 1 ~ 15는 상관계수 Z < 45 의 조건으로 진행되었으며, 비교예 1 ~ 5는 상관계수 Z > 45의 조건으로 진행되었다.
상기 실시예 1 ~ 15 및 비교예 1 ~ 5의 시편에 대해, 표 6에 열연 강판의 기계적 물성을 나타내었으며, 표 7에 냉연 강판의 기계적 물성 및 최종 제품의 표면 스크래치 발생 여부를 나타내었다.
성분계 최종제품 열연 강판 기계적 물성
코일 에지부 재질 코일 센터부 재질 항복강도 에지부 및 센터부 편차
항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)
실시예1 1 CR 789 1092 723 1084 66
실시예2 1 GA 795 1098 712 1053 83
비교예1 1 GA 817 1090 515 815 302
실시예3 2 CR 786 985 771 910 15
실시예4 2 CR 798 1033 701 1021 97
실시예5 3 GA 721 1114 690 1057 31
실시예6 3 GA 704 1127 679 1041 25
실시예7 3 GA 765 1151 742 1093 23
실시예8 4 CR 712 1082 653 975 59
실시예9 4 CR 738 1028 697 952 41
실시예10 5 CR 751 986 675 917 76
실시예11 5 GA 837 1046 786 1004 51
실시예12 6 GA 862 1114 812 1064 50
비교예2 6 GA 786 963 553 812 233
실시예13 6 CR 856 1033 724 957 132
실시예14 7 CR 1021 1198 983 1159 38
비교예3 7 CR 912 1230 690 996 222
비교예4 8 CR 796 947 513 781 283
실시예15 8 GA 812 1002 710 978 102
비교예5 9 CR 912 1201 626 920 286
성분계 최종제품 냉연 강판
인장강도(Mpa)		 최종 제품 스크래치 발생여부
실시예1 1 CR 1241 미발생
실시예2 1 GA 1230 미발생
비교예1 1 GA 1221 발생
실시예3 2 CR 1101 미발생
실시예4 2 CR 1156 미발생
실시예5 3 GA 1230 미발생
실시예6 3 GA 1298 미발생
실시예7 3 GA 1243 미발생
실시예8 4 CR 978 미발생
실시예9 4 CR 940 미발생
실시예10 5 CR 1319 미발생
실시예11 5 GA 1357 미발생
실시예12 6 GA 1020 미발생
비교예2 6 GA 1031 발생
실시예13 6 CR 1096 미발생
실시예14 7 CR 1638 미발생
비교예3 7 CR 1602 발생
비교예4 8 CR 1128 발생
실시예15 8 GA 1012 미발생
비교예5 9 CR 1450 발생
표 6을 참조하면, 실시예 1~15의 시편은 항복 강도의 에지부 및 센터부 편차가 15 MPa 내지 135 MPa의 범위 내에 존재하는 것과 대비하여, 비교예 1~5의 시편은 200 MPa이 넘게 측정되었다. 이에 따라, 상관 계수 Z < 45를 만족하는 실시예 1~15의 시편은 상관 계수 Z > 45인 비교예 1~5의 시편과 대비하여, 열연 강판의 항복 강도 에지부 및 센터부 편차가 작은 것을 확인할 수 있다.
표 7을 참조하면, 실시예 1~15의 시편과 비교예 1~5의 시편은 모두 냉연 강판의 인장강도가 900MPa을 초과하였으나, 실시예 1~15의 시편은 최종 제품의 표면에서 스크래치가 발생하지 않았으나, 비교예 1~5의 시편은 모두 최종 제품의 표면에서 스크래치가 발생하여, 표면 품질이 열위한 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~1.0%, 망간(Mn): 1.50~2.70%, 인(P): 0초과 0.02% 이하, 황(S): 0초과 0.003% 이하, 가용성 알루미늄(Al): 0.01~0.10%, 크롬(Cr): 0.1~1.0%, 니오븀(Nb): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.001~0.05%, 보론(B): 0.0001~0.004%, 질소(N): 0 초과 0.0060% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계;
    재가열된 상기 강 슬라브를 AC3 ~ 960℃에서 열간 마무리 압연하여 열연 판재를 얻는 단계; 및
    상기 열연 판재를 권취 온도: 420~650℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함하며,
    상기 열간 압연 및 상기 권취 단계는 상관 계수 Z < 45의 조건으로 진행하되,
    여기서, Z = 40 + (Bs-CT) * FDT/ 104 , Bs 는 온도(℃) 단위로서, Bs=656-57.7*[C]-35*[Mn]-75[Si]-34*[Cr]이고, [C],[Mn],[Si],및 [Cr]는 각각 탄소, 망간, 실리콘, 및 크롬의 농도(중량%)이며, 계수 656은 온도 단위(℃) 이며, 계수 -57.7, -35, -75, -15, -34, 및 -41은 각각 [온도(℃)/중량%] 단위이며, CT는 권취온도(℃)이며, FDT는 열간 마무리 압연 온도(℃)이며, 계수 104은 [온도(℃)]2 단위인,
    고장력 강판의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 권취된 열연 판재를 산세후 압하율 30% 내지 70%로 냉간 압연하는 단계;
    상기 냉간 압연된 판재를 AC1 ~ AC3 ± 20℃ 의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; 및
    상기 소둔 열처리 이후에 250℃ 내지 400℃로 냉각하는 단계를 더 포함하는
    고장력 강판의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 권취된 열연 판재를 언코일 및 산세후 압하율 30% 내지 70%로 냉간 압연하는 단계;
    상기 냉간 압연된 판재를 AC1 ~ AC3 ± 20℃ 의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; 및
    상기 소둔 열처리 이후에 450℃ 내지 550℃로 냉각하는 후에 상기 냉각된 판재에 대해 용융아연도금공정을 수행 단계를 더 포함하는
    고장력 강판의 제조 방법.
  5. 제4 항에 잇어서,
    상기 용융아연도금공정을 수행한 후에, 500℃ 내지 550℃ 에서 합금화열처리하는 단계를 더 포함하는
    고장력 강판의 제조 방법.
  6. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 권취 후 상기 냉간 압연 전에,
    상기 열연 판재는
    마르텐사이트, 베이나이트 및 페라이트를 포함하는 복합 조직을 가지는
    고장력 강판의 제조 방법.
  7. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 권취 후 상기 냉간 압연 전에,
    상기 열연 판재는 폭 방향으로 에지부와 센터부의 항복 강도 편차가
    15 MPa 내지 135 MPa인
    고강도 강판의 제조 방법.
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