KR102438479B1

KR102438479B1 - 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102438479B1
Application number: KR1020200179578A
Authority: KR
Inventors: 김용우; 장제욱
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-08-31
Also published as: KR20220089181A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판은 중량%로, C: 0.3 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 1.2%, Si: 0.4% 이하(0%은 제외함), P: 0.03% 이하(0%은 제외함), S: 0.01% 이하(0%은 제외함), Al: 0.01 내지 0.1%를 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판 및 그 제조방법{SPHEROIDAL GRAPHITE STEEL SHEET WITH EXCELLENT HEAT TREATMENTABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명의 일 실시예는 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예는 구상화 분율이 높고, 구상화 탄화물의 평균 입경이 작은 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

고탄소강은 열연강판으로 제조된 후, 가공성을 확보하고자 열연 고탄소강의 펄라이트 라멜라 구조를 구상화 세멘타이트(이하 “구상화 탄화물”이라고도 함)로 만들기 위한 구상화 소둔 및 냉간 압연 과정을 거치게 된다.

종래에는 원활한 냉간 압연성 확보를 위해 배치 소둔(이하, “BAF소둔”이라고도 함)을 선행하고, 이후 냉간 압연을 행하는 과정을 수회 반복하였다. 그러나, BAF를 이용한 장시간의 소둔 단계는 제조 원가를 높이고 생산성을 낮출 뿐만 아니라, 최종 미세조직의 구상화 탄화물 크기 또한 조대하게 만드는 단점이 있다.

구상화된 냉연 고탄소강판은 최종 부품 형상 확보를 위한 드로잉, 장출, 신장 플랜지, 굽힘 등 다양한 가공 모드에서 성형을 하고, ??칭 및 템퍼링 (Quenching and Tempering, 이하 “QT”라고도 함) 열처리를 거쳐 최종 부품이 요구하는 고경도를 확보하는데, 이때 구상화 탄화물의 형상, 크기 및 분포가 가공성과 QT 열처리 특성에 큰 영향을 미치게 된다. 다시 말해, 구상화 소둔 후 잔존하는 미구상화된 펄라이트 라멜라 구조의 세멘타이트나 구상화가 완료되었더라도 조대한 크기의 탄화물은 성형 중 크랙 발생 기점으로 작용하여 성형성을 열위하게 만드는 한편, QT 열처리 중 재용해 속도가 느려 열처리 후 최종 제품의 중심부에서의 경도 확보가 어렵게 된다.

또한, 냉간압연을 실시한 후 3단 가열 패턴을 적용함으로써 신장 플랜지 가공성이 우수한 중, 고탄소 강의 제조방법을 제안하고 있다. 그러나 해당 기술의 구상화 소둔은 여전히 장시간 소요되어 제조 비용이 높고, 단계별 온도범위 또한 각각 달리 유지해야 하는 등 구상화 소둔을 적용하기가 상당히 까다로운 단점이 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 구상화 분율이 높고, 구상화 탄화물의 평균 입경이 작은 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판은 구상화 분율이 90% 이상이고, 구상화 탄화물의 평균 입경은 0.8㎛ 이하이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판은 페라이트 입내에 구상화 탄화물이 분포하는 조직의 평균 입경이 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판은 N:0.01%이하, Cr0.1%이하, Ti:0.005%이하, B:0.001%이하, Ni:0.1%이하, V:0.005%이하, 및 Mo:0.1%이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

750 내지 950℃ 온도로 열처리하고, 1 내지 100℃/sec의 냉각 속도로 냉각한 후, 표층부의 경도가 HV 550 이상이고, 중심부와 표층부의 경도 편차가 10% 이하일 수 있다.

단 표층부는 강판 표면으로부터 전체 강판 두께의 1/10까지를 의미하고, 중심부는 전체 강판 두께의 4/10 내지 5/10 부분을 의미한다.

편차는 ([표층부 경도] - [중심부 경도]) / [표층부 경도]로 계산될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 열처리성이 우수한 구상화 냉연 강판의 제조 방법은 중량%로, C: 0.3 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 1.2%, Si: 0.4% 이하(0%은 제외함), P: 0.03% 이하(0%은 제외함), S: 0.01% 이하(0%은 제외함), Al: 0.01 내지 0.1%를 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 열연강판을 A1-50℃ 내지 A1 온도 구간에서 3시간 내지 9시간 유지하는 배치 소둔 단계; 소둔된 열연강판을 50% 이상의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 냉연강판을 A1-50℃ 내지 A3+50℃ 온도 구간에서 1분 내지 60분 동안 연속 소둔하는 단계를 포함한다.

열연강판을 제조하기 전에 슬라브를 1100 내지 1300℃ 온도 구간에서 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

열연강판을 제조하는 단계는 조압연하는 단계 및 850 내지 1000℃ 의 온도 구간에서 마무리 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.

열연강판을 제조하는 단계 이후, 열연강판을 20℃/초 내지 200℃/초 범위의 냉각속도로 냉각하는 냉각 단계를 더 포함할 수 있다.

냉각하는 냉각 단계 이후, Bs 내지 Bs + 50℃의 온도 구간에서 냉각 종료 후 권취하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 구상화 탄화물이 미세하여 우수한 성형성을 갖는 동시에, QT 열처리 후 고경도 확보가 용이하다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 구상화 냉연 강판은 자동차의 자동변속기의 kick down drum 등, 고성형성이 요구되는 부품에 유용하게 활용 가능하다.

도 1은 발명강 2에서 제조한 냉연강판의 현미경 사진이다.
도 2는 비교강 3에서 제조한 냉연강판의 현미경 사진이다
도 3은 비교강 4에서 제조한 냉연강판의 현미경 사진이다.

본 명세서에서, 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서, 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.

본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본 명세서에서, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.

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 0.0001 중량%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.

먼저, 강판의 성분을 한정한 이유를 설명한다.

C: 0.3 내지 1.0 중량%

탄소(C)는 열처리시의 경화능과 열처리 후 경도를 확보하는데 가장 경제적이며 효과적인 원소이다. 탄소의 함량이 너무 적으면, 전술한 효과를 적절히 얻기 어려울 수 있다. 한편, 탄소가 너무 많이 포함될 경우, 과도하게 강도가 상승하고, 이로 인해 성형성이 열화될 수 있다. 따라서, C를 0.3 내지 1.0 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.4 내지 0.9 중량% 포함할 수 있다.

Mn: 0.1 내지 1.2 중량%

망간(Mn)은 경화능을 증가시켜 열처리 후 경도를 확보하는데 기여하는 원소이다. 강 중 망간의 함량이 지나치게 낮을 경우, 조대한 FeS가 형성되어 강재의 충격 인성이 열화될 수 있다. 반대로, Mn의 함량이 과다할 경우, 연주공정에서 강 슬라브의 주조시 두께 중심 편석부가 크게 발달하며, 이로 인해 편석부 주위에 잔류 오스테나이트가 형성되고, 성형성이 저하될 수 있다. 따라서, Mn을 0.1 내지 1.2 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.3 내지 1.0 중량% 포함할 수 있다.

Si: 0.4 중량% 이하

실리콘(Si)은 용강을 탈산시키고 고용강화 효과가 있는 원소이다. 그 함량이 과도할 경우, 강판 표면에 붉은색 스케일이 형성되어 강판 표면 품질이 매우 나빠질 뿐만 아니라, 과도하게 강도가 상승하고, 이로 인해 최종 제품에서의 충격 인성이 열화되어 템퍼 취성에 악영향을 줄 우려가 있다. 따라서, Si 함량의 상한은 0.4 중량%로 제한할 수 있다. 더욱 구체적으로 Si를 0.1 내지 0.3 중량% 포함할 수 있다.

P: 0.03 중량% 이하

인(P)은 불가피하게 함유되는 불순물로서, 강의 용접성을 저해하고, 입계에 편석되어 템퍼 취성을 높이는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 인의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 그 상한을 0.03 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.001 내지 0.030 중량% 포함할 수 있다.

S: 0.01 중량% 이하

황(S)은 인(P)과 마찬가지로 불가피하게 함유되는 불순물로서, Mn 등과 결합하여 비금속개재물을 형성하며 이에 따라 강의 인성을 크게 떨어뜨리기 때문에 그 함량을 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이론상의 황의 함량은 0 중량%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명의 일 실시예에서 황 함량의 상한은 0.01 중량%로 한정할 수 있다. 더욱 구체적으로 S를 0.001 내지 0.010 중량% 포함할 수 있다.

Al: 0.01 내지 0.1 중량%

알루미늄(Al)은 용강의 탈산을 위해 첨가되는 원소이다. Al이 너무 적게 포함되면 안정된 상태로 killed 강을 제조할 수 없다. 반대로, 그 함량이 너무 많은 경우, 결정립 미세화에 의한 강도 상승에는 유리하지만 제강 연주시 노즐 막힘을 유발하는 문제가 있다. 따라서, Al을 0.01 내지 0.1 중량% 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 0.020 내지 0.050 중량% 포함할 수 있다.

상기 성분 이외에 본 발명은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 성분 이외에 유효한 성분의 첨가를 배제하는 것은 아니다. 불가피한 불순물로서 N, Cr, Ti, B, Ni, V, Mo 등을 들 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 N, Cr, Ti, B, Ni, V, Mo를 의도적으로 첨가하지 않으며, N:0.01 중량% 이하, Cr0.1 중량% 이하, Ti:0.005 중량% 이하, B:0.001 중량% 이하, Ni:0.1 중량% 이하, V:0.005 중량% 이하, 및 Mo:0.1 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 구상화 냉연 강판의 미세조직 및 탄화물에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 구상화 냉연 강의 미세조직은 페라이트 입내에 구상화 탄화물이 분포하는 조직 (이하 “구상화 완료 조직”이라고도 함) 과 2차상으로 이루어진다. 상기 2차상의 종류는 구상화가 미완료된 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 등이 포함된다.

본 발명의 일 실시예에서 구상화 완료 조직의 점유면적률, 즉 구상화 분율은 90% 이상일 수 있다. 상기 구상화 완료 조직의 점유면적률이 90% 미만에서는 최종 부품 형상 확보를 위한 성형 중 가공크랙이 발생하거나, QT 열처리 후 경도 확보에 불리할 수 있다. 더욱 구체적으로 구상화 분율은 90 내지 99%일 수 있다.

구상화 탄화물의 평균 입경은 0.80㎛ 이하이다. 입경이 너무 크면 QT 열처리 중 탄화물이 충분히 재고용되지 않아 경도 확보에 불리할 수 있다. 더욱 구체적으로 구상화 탄화물의 평균 입경은 0.10 내지 0.70㎛일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 입경이란 강판 단면에서 탄화물과 동일한 면적의 가상의 원을 가정하여, 그 원의 직경을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에서 페라이트 입내에 구상화 탄화물이 분포하는 조직의 평균 입경은 1 내지 10 ㎛일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 냉연강판 제조 이후, 단시간 내에 연속소둔에 의해 최종 소둔이 이루어지므로, 최종 제조되는 강판 내에서 구상화 완료 조직의 평균 입경이 미세하게 형성될 수 있다. 이에 의해 추가적인 강도 상승 효과를 얻을 수 있다. 더욱 구체적으로 페라이트 입내에 구상화 탄화물이 분포하는 조직의 평균 입경은 3 내지 8㎛일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 구상화 탄화물이란 aspect ratio(장축/단축의 비)가 2.5 이하인 경우를 의미한다.

이처럼, 구상화 분율이 높고, 구상화 탄화물 및 구상화 완료 조직의 입경이 미세하게 형성됨으로 인하여, ??칭 및 템퍼링 처리 이후, 높은 경도를 확보할 수 있으며, 강판 두께 방향에 대하여 균일한 경도를 확보할 수 있다.

구체적으로 750 내지 950℃ 온도로 열처리하고, 1 내지 100℃/sec의 냉각 속도로 냉각한 후, 표층부의 경도가 HV 550 이상이고, 중심부와 표층부의 경도 편차가 10% 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 표층부의 경도가 HV 750 내지 900 이고, 중심부와 표층부의 경도 편차가 0.1 내지 3.0%일 수 있다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

이하, 각 단계별로 상세히 설명한다.

먼저, 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조한다.

슬라브의 합금 성분은 후술할 제조 공정 과정에서 실질적으로 변동하지 않는다. 따라서, 슬라브의 합금 조성은 전술한 구상화 냉연 강판의 합금 성분과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.

슬라브를 열간 압연하기 전에 슬라브를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

슬라브의 가열 온도는 1100 내지 1300℃일 수 있다. 만약, 슬라브 가열 온도가 너무 낮을 경우 후속 공정인 열간압연시 압연 하중이 급격히 증가하게 될 우려가 있으며, 특히 슬라브 내부에 합금 성분이 균일하게 분산되지 못하여 중심에 Mn 편석대가 발생하여 중심부와 표층부 조직의 상분율이 달라져 재질 편차를 가져오게 될 수 있다. 반면, 슬라브 가열 온도가 너무 높은 경우 오스테나이트가 비정상입자성장(abnormal grain growth)를 통해 부분적으로 조대화되어, 최종 조직이 조대화되거나 불균일하게 얻어질 우려가 있다. 더욱 구체적으로 가열 온도는 1150 내지 1250℃일 수 있다.

다시 열연강판을 제조하는 단계의 설명으로 돌아오면, 열연강판을 제조하는 단계는 조압연하는 단계 및 850 내지 1000℃의 온도 구간에서 마무리 열간 압연하는 단계를 포함한다. 마무리 열간압연하는 단계의 온도가 너무 낮으면 압연 하중이 크게 증가하게 될 우려가 있으며, 특히 온도 하락이 심한 강판의 양 edge부의 경우 탄화물이 존재하지 않는 초석 페라이트가 다량 발생할 수 있다. 반면, 마무리 열간압연하는 단계의 온도가 너무 높으면 강판의 조직이 조대화되어 강재가 취약해지며, 스케일이 두꺼워지고, 고온압연성 스케일 결함 등의 표면 품질이 현저히 저하될 우려가 있다. 더욱 구체적으로 870 내지 950℃의 온도 구간에서 마무리 열간압연할 수 있다.

열연강판을 제조하는 단계 이후, 열연강판을 20℃/초 내지 200℃/초 범위의 냉각속도로 냉각하는 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 냉각 속도가 너무 느릴 경우, 펄라이트 라멜라 간격이 조대해지거나, 펄라이트 이외에 페라이트 상이 형성되어 최종 구상화율 확보가 어려워질 수 있다. 냉각속도가 너무 빠를 경우 폭방향 온도 불균일로 인해 코일 형상에 문제가 생길 수 있다. 더욱 구체적으로 50℃/초 내지 150℃/초 범위의 냉각속도로 냉각할 수 있다.

Bs는 베이나이트 변태 개시 온도로서, 하기와 같이 근사식에 의해 계산될 수 있다.

Bs (℃) ＝ 830 － 270 × [C] － 90 × [Mn] － 37 × [Ni] － 70 × [Cr] － 83 × [Mo]

여기서, [C], [Mn], [Ni], [Cr] 및 [Mo]는 강판 내에 C, Mn, Ni, Cr 및 Mo의 함량을(중량%) 나타내며, 함유하지 않는 경우 0을 나타낸다.

더욱 구체적으로 Bs 내지 Bs + 30℃의 온도 구간에서 냉각 종료 후 권취할 수 있다.

다음으로, 열연강판을 배치 소둔한다. 구체적으로 열연강판을 A1 - 50℃ 내지 A1의 온도구간에서 3시간 내지 9시간을 유지하는 열처리를 행한다. 전술한 온도보다 낮거나, 시간보다 짧으면, 열연 조직에 내재된 전위를 제거하고 후속 냉간 압연을 위한 연질화에 실질적으로 어려움이 있다. 전술한 온도보다 높거나, 시간보다 길면, 최종 미세조직의 구상화 탄화물이 조대해지는 문제가 발생할 우려가 있다. 더욱 구체적으로 A1 - 50℃ 내지 A1 - 10℃의 온도에서 3시간 내지 7시간 배치 소둔할 수 있다.

A1은 저온에서 승온하는 경우 오스테나이트가 출현하기 시작하는 온도를 의미하며, 하기와 같이 근사식에 의해 계산될 수 있다.

A1(℃) = 754.83 - 32.25[C] - 17.76[Mn] + 23.32[Si] + 17.3[Cr] + 4.51[Mo] + 15.62[V]

여기서, [C], [Mn], [Si], [Cr], [Mo] 및 [V]는 강판 내에 C, Mn, Si, Cr, Mo 및 V의 함량을(중량%) 나타내며, 함유하지 않는 경우 0을 나타낸다.

다음으로, 소둔된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조한다. 냉간압연은 50% 이상의 압하율로 수행할 수 있다. 상기 냉간압하율이 너무 낮은 경우에는 펄라이트 라멜라를 분절하기 위한 구동력 확보에 실질적인 어려움이 있다. 더욱 구체적으로 냉간압하율은 50 내지 75%가 될 수 있다.

다음으로, 냉연강판을 연속 소둔한다. 구체적으로 A1 - 50℃ 내지 A3 + 50℃ 온도 구간에서 1분 내지 60분 동안 연속 소둔한다. 온도가 너무 낮으면 구상화 조직을 90% 이상 확보하기 어렵다. 또한, 온도가 너무 높으면 구상화 탄화물이 조대하게 생성될 수 있다. 연속 소둔이란 전술한 배치 소둔과 대비되는 개념으로, 강판을 코일상으로 권취하지 않고, 소둔하는 것을 의미한다. 연속 소둔 시간이 너무 짧으면, 구상화가 적절히 이루어지기 어렵고, 시간이 너무 길면, 구상화 조직이 조대해져 가공성을 나쁘게 하는 문제점이 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 A1-50℃ 내지 A3+50℃에서 3 내지 30분 동안 연속 소둔할 수 있다.

A3은 승온시에 오스테나이트가 100%로 변태되는 온도를 의미하며, 하기와 같이 근사식에 의해 계산될 수 있다.

A3(℃) = 912 - 370[C] - 27.4[Mn] + 27.3[Si] - 6.35[Cr] - 32.7[Ni] + 95.2[V] + 190[Ti] + 72 [Al] + 64.5[Nb] +5.57[W] +332[S] + 276[P] + 485[N] - 900[B] + 16.2[C][Mn] + 32.3[C][Si] + 15.4[C][Cr] + 48[C][Ni] + 4.32[Si][Cr] - 17.3[Si][Mo] - 18.6[Si][Ni] + 4.8[Mn][Ni] + 40.5[Mo][V] + 174[C]2 + 2.46[Mn]² - 6.86[Si]² +0.322[Cr]² + 9.9[Mo]² +1.24[Ni]² -60.2[V]²

여기서, [C], [Mn], [Si], [Cr], [Ni], [V], [Ti], [Al], [Nb], [W], [S], [P], [N], [B] 및 [Mo]는 강판 내에 C, Mn, Si, Cr, Ni, V, Ti, Al, Nb, W, S, P, N, B 및 Mo 의 함량을(중량%) 나타내며, 함유하지 않는 경우 0을 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

실시예

진공 용해 유도에 의해 표 1에 기재된 성분계를 만족하는 강괴를 두께 30mm, 폭 190mm로 제조하고 1200℃에서 2시간 재가열한 후 열연 두께가 2.0mm가 되도록 열간압연을 하였다. 열간압연 마무리 온도는 900℃로 하였으며, 냉각속도는 100℃/초로 냉각하여 각 성분계의 Bs+20℃로 미리 가열된 로에 1시간 유지 후 로냉하여 미세 라멜라 구조의 펄라이트를 가지는 열연 고탄소강 제조를 모사하였다. 이렇게 얻어진 열연 고탄소강을 BAF소둔, 냉연, CAL소둔 처리를 행한 조건을 표 2에 정리하였으며, 그에 따른 조직, 물성 결과를 본 발명의 실시예로 표 3에 나타내었다. 이때 BAF소둔 시간은 5시간으로 모두 고정하였다. 단, 비교강 9는 10시간으로 다르게 실시하였다.

탄화물의 aspect ratio가 2.5 미만인 경우를 구상화 탄화물로 정의하였다.

경도는 900℃로 10분 동안 열처리하고, 5℃/sec 냉각 속도로 냉각한 후, 500g 하중의 비커스 경도로 10회 이상 측정한 결과에서 최대값, 최소값을 제외한 평균값으로 정의하였다. 특히 두께 기준 표층부와 중심부에서의 경도 편차를 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 표시하였다.

강종 (중량%)	C	Mn	Si	P	S	Al	비고
1	0.25	0.6	0.2	0.015	0.003	0.025	비교재
2	0.45	0.7	0.2	0.015	0.003	0.025	발명재
3	0.85	0.4	0.2	0.015	0.003	0.025	발명재

강종	BAF (℃)	냉간 압하율 (%)	CAL		비고
강종	BAF (℃)	냉간 압하율 (%)	온도(℃)	시간(min)	비고
1	700	55	700	5	비교강1
2	600	60	700	3	비교강2
	750	60	700	3	비교강3
	700	30	700	10	비교강4
	700	55	700	5	발명강1
3	700	55	600	15	비교강5
	700	55	850	10	비교강6
	700	55	750	90	비교강7
	700	55	750	5	발명강2
	(생략)	30	650	180	비교강8
	700	55	700	3	비교강9

구상화 분율 (%)	탄화물 평균입경(㎛)	구상화 조직 평균 입경(㎛)	QT후 표면경도 (Hv)	QT후 중심경도 (Hv)	경도편차 (%)	비고
95	0.28	9	511	502	2	비교강1
81	0.44	5	779	633	19	비교강2
93	1.3	9	780	607	22	비교강3
78	0.82	7	774	536	31	비교강4
95	0.58	7	770	757	2	발명강1
71	0.37	5	876	758	13	비교강5
96	0.98	8	882	749	15	비교강6
94	1.1	7	872	748	14	비교강7
93	0.54	5	882	862	2	발명강2
82	0.87	14	880	742	16	비교강8
97	2.3	13	775	865	12	비교강9

표 1 내지 표 3에서 나타나듯이. 발명강의 경우 구상화 분율이 90% 이상, 0.8㎛ 이하의 미세한 구상화 탄화물 크기 및 구상화 조직 입경을 보이지만, 비교강의 경우 구상화 분율이 90% 미만이거나, 구상화 탄화물의 크기가 0.8㎛ 초과로 상대적으로 조대한 탄화물 크기 또는 조대한 구상화 조직 크기를 보여주고 있다. 도 1에서 발명강 2에서 제조한 냉연강판의 현미경 사진을 나타내었다. 구상화 분율이 높고, 미세한 구상화 탄화물 크기 및 구상화 조직 입경을 확인할 수 있다.

비교강 1의 경우, 탄소 함량이 0.25 중량%로 낮아 구상화 분율 및 구상화 탄화물의 크기가 본 특허의 목표 범위를 만족하나, QT후 경도값이 낮아 고탄소강의 사용 목적인 열처리 후 고경도화에 부합하지 않았다.

비교강 2와 비교강 3은 BAF소둔 열처리 온도가 너무 낮거나 너무 높은 경우로, 온도가 낮으면 구상화 탄화물의 크기는 작지만, 구상화 분율 90% 확보에 실패하였고, 온도를 높이면 구상화 분율은 90% 이상을 확보하였으나, 구상화 탄화물이 조대하여 열처리 특성이 열위하게 나타났다. 도 2에서 비교강 3에서 제조한 냉연강판의 현미경 사진을 나타내었다. 구상화 탄화물이 조대하게 형성됨을 확인할 수 있다.

비교강 4는 냉간압하율을 30% 가하였는데, 냉간압하율의 감소는 구상화 속도의 감소를 초래하여 구상화 분율이 78%로 낮았다. 도 3에서 비교강 4에서 제조한 냉연강판의 현미경 사진을 나타내었다. 구상화 탄화물이 적절히 형성되지 못함을 확인할 수 있다.

비교강 5와 6은 CAL소둔 열처리 온도를 낮추거나 높인 경우로, 앞서 살펴본 비교강 2와 3의 사례와 유사한 결과를 나타내어 결과적으로 열처리 특성 확보가 불가하였다.

비교강 7은 CAL소둔 열처리 시간을 초과한 경우로, 구상화는 90% 이상 진행되었으나 조대한 구상화 탄화물 크기로 인해 열처리 특성이 열위하였다.

비교강 8은 열간압연 이후 BAF 소둔을 생략하고, 냉간압연 이후, BAF 소둔한 예로서, 구상화 분율이 작고, 구상화 탄화물이 크게 생성되어, 고탄소강의 사용 목적인 열처리 후 고경도화에 부합하지 않았다.

비교강 9는 열간압연 이후, BAF 소둔을 장기간 수행하여 구상화 탄화물이 조대하고, 구상화 조직의 평균 입경도 크게 나타났다. 특히 장시간 BAF 소둔에 따른 표면 탈탄이 발생하여 표면경도가 하락, 경도편차도 크게 나타나서 결과적으로 열처리 특성이 열위하게 나타났다.

본 발명은 상기 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

중량%로, C: 0.3 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 1.2%, Si: 0.4% 이하(0%은 제외함), P: 0.03% 이하(0%은 제외함), S: 0.01% 이하(0%은 제외함), Al: 0.01 내지 0.1%를 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
구상화 분율이 90% 이상이고, 구상화 탄화물의 평균 입경은 0.8㎛ 이하이고,
페라이트 입내에 구상화 탄화물이 분포하는 조직의 평균 입경이 1 내지 10㎛인 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판.
제1항에 있어서,
N:0.01 중량% 이하, Cr0.1 중량% 이하, Ti:0.005 중량% 이하, B:0.001 중량% 이하, Ni:0.1 중량% 이하, V:0.005 중량% 이하, 및 Mo:0.1 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판.
제1항에 있어서,
750 내지 950 ℃ 온도로 열처리하고, 1 내지 100 ℃/sec의 냉각 속도로 냉각한 후, 표층부의 경도가 HV 550 이상이고, 중심부와 표층부의 경도 편차가 10% 이하인 열처리 특성이 우수한 구상화 냉연 강판.
(단 표층부는 강판 표면으로부터 전체 강판 두께의 1/10까지를 의미하고, 중심부는 전체 강판 두께의 4/10 내지 5/10 부분을 의미한다. 편차는 ([표층부 경도] - [중심부 경도]) / [표층부 경도]로 계산될 수 있다.)
중량%로, C: 0.3 내지 1.0%, Mn: 0.1 내지 1.2%, Si: 0.4% 이하(0%은 제외함), P: 0.03% 이하(0%은 제외함), S: 0.01% 이하(0%은 제외함), Al: 0.01 내지 0.1%를 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
상기 열연강판을 A1-50℃ 내지 A1 온도 구간에서 3시간 내지 9시간 유지하는 배치 소둔 단계;
소둔된 열연강판을 50% 이상의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및
상기 냉연강판을 A1-50℃ 내지 A3+50℃ 온도 구간에서 1분 내지 60분 동안 연속 소둔하는 단계를 포함하는 열처리성이 우수한 구상화 냉연 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서,
열연강판을 제조하기 전에 슬라브를 1100 내지 1300℃ 온도 구간에서 가열하는 단계를 더 포함하는 열처리성이 우수한 구상화 냉연 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 열연강판을 제조하는 단계는 조압연하는 단계 및 850 내지 1000℃의 온도 구간에서 마무리 열간 압연하는 단계를 포함하는 열처리성이 우수한 구상화 냉연 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서,
열연강판을 제조하는 단계 이후, 열연강판을 20℃/초 내지 200℃/초 범위의 냉각속도로 냉각하는 냉각 단계를 더 포함하는 열처리성이 우수한 구상화 냉연 강판의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 냉각 단계 이후, Bs 내지 Bs + 50℃의 온도 구간에서 냉각 종료 후 권취하는 단계를 더 포함하는 열처리성이 우수한 구상화 냉연 강판의 제조 방법.