KR102462130B1 - 연화 열처리를 포함한 초고장력 열연강판의 제조방법 및 초고장력 열연강판의 제조장치 - Google Patents

연화 열처리를 포함한 초고장력 열연강판의 제조방법 및 초고장력 열연강판의 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 용이한 냉간압연 공정을 수행하기 위한 연화 열처리를 포함한 초고장력 열연강판의 제조방법 및 초고장력 열연강판의 제조장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고장력 열연강판의 제조방법은, 강재를 열간압연하여 열연코일을 제조하는 단계; 상기 열연코일을 권출하여 열연 스트립을 제공하는 단계; 상기 열연 스트립을 연화 열처리하는 단계; 상기 열연 스트립을 냉각하는 단계; 및 상기 열연 스트립을 권취하는 단계;를 포함한다.

Description

연화 열처리를 포함한 초고장력 열연강판의 제조방법 및 초고장력 열연강판의 제조장치{Method of manufacturing ultra high strength hot rolled steel sheet having softening heat treatment and apparatus of manufacturing hot rolled steel sheet}
본 발명의 기술적 사상은 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용이한 냉간압연 공정을 수행하기 위한 연화 열처리를 포함한 초고장력 열연강판의 제조방법 및 초고장력 열연강판의 제조장치에 관한 것이다.
최근 자동차 업계는 이산화탄소 배출량 감소 등의 환경 규제와 차량 충돌 시 안정성을 요구하는 충돌 관련 법규가 강화됨에 따라 자동차 강재의 고강도화를 요구하고 있다. 이러한 고강도 강재의 경우에는, 얇아진 두께에서도 동일한 강도를 가지게 되면, 경량화 효과와 충돌성 향상 효과를 동시에 달성할 수 있어 환경 규제와 충돌 관련 법규에 대응하는 장점이 있다. 이러한 경향으로, 자동차용 강판은 강도가 점차적으로 증가하였으며, 인장강도 400~600 MPa 의 고장력 강판을 거쳐 800~1200 MPa 의 초고장력 강판이 개발되어 양산되고 있다. 더 나아가, 초고강도 성능을 유지하면서 연신율, 굽힘, 및 홀 확장성 등의 성형성을 크게 향상시킨 3세대 강판이 개발되고 있다.
그러나, 초고장력 강판의 열연 코일을 제조할 때에, 기존 강판에 비하여 합금원소가 많이 첨가되어 열연 코일의 자체 강도가 증가되고, 복잡한 상변태 거동이 발생하게 되어, 공냉 시 열연 코일의 위치에 따른 냉각속도 차이에 의하여, 심각한 재질 편차가 발생할 수 있다. 이러한 열연 코일의 고강도화와 재질편차는, 최종 제품인 냉연강판을 형성하기 위한 냉간 압연을 수행하는 중에 두께 불균일 및 형상 불량을 유발할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 열연 코일을 보온 뱅크에 수용하여 냉각속도를 감소시켜 재질편차를 감소시키거나, 배치 열처리로를 이용하여 열처리함으로써, 강도 감소 및 재질편차의 감소를 유도하고 있다. 그러나, 상기 보온 뱅크를 이용하는 경우에는, 장시간의 냉각 시간이 필요하므로 보온 뱅크에 관한 공간을 확보할 필요가 있고, 열연 코일의 재질 및 재질편차 저감 효과에 한계가 있다. 또한, 상기 배치 열처리를 이용하는 경우에는, 장시간 열처리에 따른 생산성 저하와 가공비가 상승하는 한계가 있다.
한국특허출원번호 제10-2020-7016047호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 용이한 냉간압연 공정을 수행하기 위한 연화 열처리를 포함한 초고장력 열연강판의 제조방법 및 초고장력 열연강판의 제조장치를 제공하는 것이다
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 용이한 냉간압연 공정을 수행하기 위한 연화 열처리를 포함한 초고장력 열연강판의 제조방법 및 초고장력 열연강판의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고장력 열연강판의 제조방법은, 강재를 열간압연하여 열연코일을 제조하는 단계; 상기 열연코일을 권출하여 열연 스트립을 제공하는 단계; 상기 열연 스트립을 연화 열처리하는 단계; 상기 열연 스트립을 냉각하는 단계; 및 상기 열연 스트립을 권취하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연화 열처리 단계는, 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연화 열처리 단계는, 10초 ~ 1200초 범위의 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연코일을 제조하는 단계는, 상기 강재를 1,150℃ ~ 1,250℃ 범위의 재가열 온도에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강재를 880℃ ~ 930℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계; 및 상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃ 범위에서 권취하여 상기 열연코일을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각하는 단계는, 상기 열연 스트립을 10℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도로 냉각하도록 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각하는 단계는, 상기 열연 스트립을 공냉 단계를 수행한 후, 이어서 상기 열연 스트립을 수냉 단계를 수행하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 공냉 단계에서는, 상기 열연 스트립을 200℃ ~ 300℃ 범위의 온도까지 냉각하고, 상기 수냉 단계에서는, 상기 열연 스트립을 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도까지 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고장력 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.15% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 1.5% ~ 2.0%, 망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0% 초과 ~ 0.06%, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합: 0.01% ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고장력 열연강판은, 항복강도(YP): 500 MPa ~ 850 MPa, 인장강도(TP): 750 MPa ~ 1200 MPa, 및 연신율(El): 15% ~ 25% 를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고장력 열연강판의 제조장치는, 열연코일을 권출하여 열연 스트립을 제공하는 권출부; 상기 열연 스트립을 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서 10초 ~ 1200초 범위의 시간 동안 연화 열처리하는 연화 열처리부; 상기 열연 스트립을 10℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도로 냉각하도록 냉각하는 냉각부; 및 상기 열연 스트립을 권취하는 권취부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법에서는, 권취된 초고장력 열연강판을 권출하여 스트립 형태로서 연화 열처리를 수행한다. 이에 따라, 연화 열처리에 소요되는 열처리 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 열연강판을 가열하는 시간, 열처리하는 시간 및 냉각하는 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법은, 3세대 열연강판의 재질편차를 감소시키고 재질을 연화하여 냉간 압연 시 발생하는 두께헌팅과 형상 불량을 감소시켜 회수율을 향상시키고 안정적인 조업성을 확보할 수 있다. 열연코일을 연화하기 위한 공정 중 연화 열처리 효과를 안정적으로 확보하면서 열처리 시간을 대폭 단축하여 생산성을 향상시키고, 시간 단축에 따른 연료, 유틸리티 절감에 따른 가공비 또한 대폭 감소시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 수행하는 열연강판의 제조장치를 도시하는 개략도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 초고장력 열연강판의 제조방법을 수행하는 열연강판의 제조장치에서 연화 열처리 과정 중의 온도 프로파일과 시간을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 초고장력 열연강판의 연화 열처리 온도에 따른 경도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 초고장력 열연강판의 연화 열처리 유지시간에 따른 경도 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 초고장력 강판을 제조하기 위하여, 초고장력 열연강판의 재질편차와 고강도화로 인해 냉간 압연 시 발생하는 두께 불균일과 형상불량을 방지하는 것이다. 이를 위하여, 상기 초고장력 열연강판을 냉간 압연하기 전에 연화 열처리를 수행하여 구현할 수 있다. 종래에는, 이러한 연화 열처리가 초고장력 열연강판을 열연코일로서 권취한 상태로 이루어지므로, 열연코일 내부까지 열이 전달되어 연화 효과를 확보하기 위하여 장시간이 요구된다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법에서는, 권취된 초고장력 열연강판을 권출하여 스트립 형태로서 연화 열처리를 수행한다. 이에 따라, 연화 열처리에 소요되는 열처리 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 열연강판을 가열하는 시간, 열처리하는 시간 및 냉각하는 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
초고장력 열연강판의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법은, 강재를 열간압연하여 열연코일을 제조하는 단계(S110), 상기 열연코일을 권출하여 열연 스트립을 제공하는 단계(S120); 상기 열연 스트립을 연화 열처리하는 단계(S130); 및 상기 열연 스트립을 냉각하는 단계(S140); 및 상기 열연 스트립을 권취하는 단계(S150)를 포함한다.
본 발명에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 초고장력 열연강판의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
열연코일 제조단계(S110)
상기 단계(S110)에서는, 소정의 조성을 갖는 강재를 준비하고, 상기 강재를, 예를 들어 1,150℃ ~ 1,250℃ 범위의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 온도 조건에서 편석 성분이 충분하게 재고용되어 제품 품질이 우수할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,150℃ 미만인 경우에는, 열간압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,250℃를 초과하는 경우에는, 표면 스케일량이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있고, 에너지가 낭비될 수 있다.
상기 재가열 후 통상의 방법으로 열간압연을 행하고, 예를 들어 880℃ ~ 930℃ 범위의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 열간 마무리 압연을 수행하여 열연강판을 제조할 수 있다. 상기 온도 조건에서 결정립 미세화 효과가 우수하여 목표한 강도를 확보할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 880℃ 미만인 경우에는, 페라이트와 펄라이트의 밴드상 조직(band structure)이 생성될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 930℃를 초과할 경우에는, 스케일 생성의 증가되고, 결정 입경이 조대화되어, 조직의 미세 균일화가 어려울 수 있다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 500℃ ~ 600℃ 범위의 권취온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 예를 들어 10℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 냉각 속도가 빠를수록 평균 결정립도 감소에 유리하다. 상기 냉각은 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 550℃ ~ 650℃ 범위의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취하여 열연코일을 형성한다. 상기 귄취온도의 범위는 냉간 압연성, 표면 성상의 관점에서 선택할 수 있다. 상기 온도 조건에서 열연강판의 표면 품질과 기계적 강도가 우수할 수 있다. 상기 권취온도가 550℃ 미만인 경우에는, 마르텐사이트 등의 경질상이 과도하게 생성되어 열연강판의 재질이 과도하게 증가하여 냉간압연 시 압연 부하가 현저하게 증가 할 수 있다. 상기 권취 온도가 650℃를 초과할 경우에는, 페라이트-펄라이트 밴드구조가 심해져 최종 제품의 미세조직의 불균일성을 초래할 수 있다.
상기 열연코일은 또는 상온, 예를 들어 0℃ ~ 40℃의 온도로 냉각될 수 있다. 또는, 상기 열연코일은 0℃ ~ 650℃ 범위의 온도에서 유지될 수 있다. 이는 상기 열연코일을 연속적으로 후속의 연화 열처리를 수행하거나 또는 야드에서 적재하여 일정시간 보관하는 등의 처리에 따라, 상기 열연코일의 온도가 정해질 수 있다.
열연 스트립 제공 단계(S120)
상기 단계(S120)에서는, 상기 열연코일을 권출하여 열연 스트립을 제공한다. 상기 열연 스트립은 하기에 설명하는 연화 열처리 장치(100)에 장입될 수 있다.
연화 열처리 단계(S130)
상기 단계(S130)에서는, 상기 열연 스트립을, 예를 들어 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 10초 ~ 1200초 범위의 시간 동안 연화 열처리한다. 상기 연화 열처리를 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서 실시함으로써, 시멘타이트는 조대화되지 않고, 균일 미세하고 치밀하게 열연강판 내에 존재하게 된다. 결과적으로, 냉간 압연 후에 최종적으로 얻어지는 조직은 미세한 결정립이 되어, 우수한 연신 플랜지성 및 굽힘성이 얻어질 수 있다.
상기 연화 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우에는, 열연강판이 충분히 연질화되지 않으며, 최종적으로 얻어지는 냉연강판에 대한 열간 압연 후의 조직의 영향을 제거할 수 없다. 또한, 상기 연화 열처리 후의 조직이 불균일한 조직으로 형성된다. 즉, 강판의 중심 부분과 엣지 부분의 조직이 불균일한 조직을 보이며, 물성 역시 상이하게 나타나므로, 냉간 압연 시 형상 및 두께 품질에 악영향을 미칠 수 있다.
상기 연화 열처리 온도가 800℃를 초과하는 경우에는, 미세 조직이 페라이트 및 오스테나이트의 2상이 되기 때문에, 냉각 후의 열연강판의 강도가 상승한다. 강판 조직은 탄소(C) 농도가 불균일한 조직이 되고, 후속의 2차 열처리 중에, 오스테나이트가 조대하고 불균일 분포되어, 균일 미세한 조직이 얻어지지 않는다. 여기서, 탄소 농도가 불균일한 조직이란, 탄소 농도가 낮은 페라이트상 중에 탄소 농도가 높은 조대한 시멘타이트가 분포하는 조직을 지칭한다. 또한, 결정 입계에 인(P)이 편석되고, 강판이 취화되어 연신 및 연신 플랜지성이 현저하게 저하된다. 또한, 열연공정에서 내부 산화층이 관찰되지 않은 경우에도, 높은 열처리 온도에 의하여 연화 열처리 후 강판 표면층에 내부 산화층이 형성 될 수 있다.
상기 연화 열처리 단계는, 열간 압연 후 냉간 압연 전에 열연강판의 미세 조직의 영향을 효과적으로 제어할 수 있다. 상기 연화 열처리에 의하여, 상기 열연강판은 연질화될 수 있고, 후속의 냉간 압연에서 압연 하중이 줄어 들고, 초고장력 강재를 냉간 압연하는 경우에 흔히 발생하는 두께 편차를 감소시킬 수 있고, 형상 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 종래의 방식으로, 상기 연화 열처리를 배치 어닐링 공정(BAF)으로 열연코일에 대하여 수행하는 경우에는, 열처리 시간은 1시간 ∼ 96시간으로 장시간이 요구되며, 코일의 엣지 부분과 중신 부분의 균일성을 확보하기 어려우며, 시멘타이트의 성장이 과도하게 진행될 수 있고, 생산성이 저해되는 한계가 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 따라 열연코일을 권출하여 열연 스트립으로 연화 열처리를 수행하면, 열처리 시간을 약 20분 이하로 감소시킬 수 있고, 최종 열연강판의 품질의 균일성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
냉각 단계(S140)
상기 단계(S140)에서는, 상기 열연 스트립을 10℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 상온, 예를 들어 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도로 냉각한다. 상기 열연 스트립을 일정 시간 동안 공냉 단계를 수행한 후, 이어서 상기 열연 스트립을 일정 시간 동안 수냉 단계를 수행하여 이루어질 수 있다. 상기 공냉 단계에서는, 상기 열연 스트립을, 예를 들어 200℃ ~ 300℃ 범위의 온도까지 냉각할 수 있다. 상기 수냉 단계에서는, 상기 열연 스트립을, 예를 들어 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도까지 냉각할 수 있다.
권취 단계(S150)
상기 단계(S150)에서는, 상기 냉각된 열연 스트립을 권취하여, 연화 열처리된 열연코일을 형성한다. 이에 따라, 연화 열처리된 초고장력 열연강판이 제조될 수 있다.
냉연강판 제조단계
이어서, 필요한 경우, 상기 초고장력 열연강판을 이용하여 냉연강판을 제조할 수 있다. 상기 열연강판을 산으로 세정하는 산세 처리를 수행하고, 예를 들어 40% ~ 70%의 평균 압하율로 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 형성할 수 있다. 상기 평균 압하율이 높을수록, 조직 미세화 효과로 인한 성형성이 상승되는 효과가 있다. 상기 평균 압하율 40% 미만인 경우에는, 균일한 미세조직을 얻기 어렵다. 상기 평균 압하율이 70%를 초과하는 경우에는, 롤 힘이 증가되어 공정부하가 증가된다.
본 발명의 일실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법에 의하여 제조된 초고장력 열연강판은 다양한 조성의 강재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 초고장력 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.15% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 1.5% ~ 2.0%, 망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0% 초과 ~ 0.06%, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합: 0.01% ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 초고장력 열연강판은, 항복강도(YP): 500 MPa 이상, 인장강도(TP): 750 MPa 이상 및 연신율(El): 15% 이상을 만족할 수 있다. 또한, 상기 초고장력 열연강판은, 항복강도(YP): 500 MPa ~ 850 MPa, 인장강도(TP): 750 MPa ~ 1200 MPa, 및 연신율(El): 15% ~ 25% 를 만족할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 초고장력 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 강판 전체에 대한 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.15% ~ 0.20%
탄소는 강의 강도를 확보하기 위해 첨가된다. 탄소의 함량이 0.15 중량% 미만인 경우에는, 강도 확보가 어려울 수 있다. 탄소의 함량이 0.20 중량%를 초과하는 경우에는, 저온 충격인성 및 용접성 등이 저하될 수 있다. 따라서, 탄소는 강판 전체 중량의 0.15% ~ 0.20%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 1.5% ~ 2.0%
실리콘은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘은 고용강화 효과도 가진다. 실리콘의 함량이 1.5% 미만인 경우에는, 첨가 효과가 미미할 수 있다. 실리콘의 함량이 2.0%를 초과하는 경우에는, 용접성 및 도금성이 열화될 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량을 강판 전체 중량의 1.5% ~ 2.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%
망간(Mn)은 잔류 오스테나이트의 형성 및 안정화에 기여하는 원소이다. 망간의 함량이 1.5% 미만인 경우에는, 망간 첨가 효과가 불충분하다. 망간의 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는, 용접성 및 성형성이 저하되며, 생산 단가가 상승할 수 있다. 따라서, 망간의 함량을 강판 전체 중량의 1.5% ~ 3.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0% 초과 ~ 0.06%
알루미늄은 탈산재로 사용되는 동시에 실리콘과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하는 원소로써, 열연판재의 결정립계와 탄화물을 미세하게 만들기 때문에 강재 내의 불필요한 고용 질소를 알루미늄 질화물(AlN)로 석출시킨다. 따라서 강도를 상승시키는 효과를 가지고 있다. 알루미늄의 함량이 0.06% 를 초과하는 경우에는, 용접성 및 연속 주조성을 저하시키고, 슬라브 내 알루미늄 질화물을 형성하여 열연 크랙을 유발할 수 있다. 따라서, 알루미늄의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.06%로 첨가하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb)과 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합: 0.01% ~ 0.05%
니오븀은 강판의 석출강화 및 결정립 미세화에 유효한 원소이다. 티타늄은 고온안정성이 우수한 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써 용접 시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부 조직 미세화를 통해 용접부 특성을 향상시킬 수 있다. 니오븀 및 티타늄 중 하나 이상의 합이 0.01% 미만인 경우에는, 첨가 효과가 미미할 수 있다. 니오븀 및 티타늄 중 하나 이상의 합이 0.05%를 초과하는 경우에는, 석출물이 증가하여 강의 충격 특성을 저해시킬 수 있다. 따라서, 니오븀 및 티타늄 중 하나 이상의 합의 함량을 강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인(P)은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 고용강화에 의하여 강도를 증가시킬 수 있고, 실리콘과 함께 첨가하면 소둔 열처리 과정 시 시멘타이트 석출을 억제시키고, 오스테나이트로 탄소 농화를 촉진시키는 역할을 한다. 그러나, 인을 과도하게 포함하면, 가공 취성 및 성형성이 저하될 수 있다. 따라서, 인의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.01%
황(S)은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 망간(Mn)과 미세한 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킨다. 그러나, 황을 과도하게 포함하면, 연성 및 성형성이 크게 저하될 수 있고, 적열취성이 발생할 수 있다. 따라서, 황(S)의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%
질소(N)는 내시효성을 열화시키는 원소로, 질소 함량이 0.006％를 초과하면 내시효성의 열화가 현저해진다. 또, 질소(N)는 보론(B)과 결합하여 BN을 형성하여 보론(B)을 소비한다. 이 때문에, 질소(N)는 고용 보론(B)에 의한 ??칭성을 저하시켜, 소정의 면적 비율의 템퍼드 마르텐사이트 상을 확보하는 것을 곤란하게 한다. 또한, 질소(N)는 페라이트 중에서 불순물 원소로서 존재하며, 변형 시효에 의해 연성을 저하시킨다. 따라서, 질소(N)의 함량은 낮은 편이 바람직하다. 따라서, 질소(N)의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.006%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 초고장력 열연강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제강 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 수행하는 열연강판의 제조장치(100)를 도시하는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 열연강판의 제조장치(100)는, 권출부(110), 연화 열처리부(120), 냉각부(130), 및 권취부(140)를 포함한다.
권출부(110)는 열연코일을 권출하여 열연 스트립(M)을 제공할 수 있다. 권출부(110)는 제1 권취롤(111), 제1 절단부(112), 용접부(113), 및 루퍼부(looper)(114)를 포함할 수 있다.
제1 권취롤(111)은 상기 열연코일을 권취하여 보관하며, 회전에 의하여 상기 열연코일을 권출하여 열연 스트립(M)으로서 연화 열처리부(120)에 제공할 수 있다. 제1 권취롤(111)은 하나의 롤로 구성되거나 또는 둘 이상의 롤들로 구성될 수 있다.
제1 절단부(112)는 제1 권취롤(111)로부터 권출되는 열연 스트립(M)을 필요한 경우에 절단할 수 있다. 제1 절단부(112)는 제1 권취롤(111)에 대응하여 하나 또는 복수로 구성될 수 있다. 이러한 절단에 의하여 열연 스트립(M)은 용접이 가능하도록 준비될 수 있다.
용접부(113)는 제1 권취롤(111)로부터 권출되는 열연 스트립(M)을 필요한 경우에 단부를 용접하여 연결할 수 있다. 즉, 하나의 제1 권취롤(111)로부터 권출된 상기 열연 스트립(M)의 끝 부분과 다른 제1 권취롤(111)로부터 권출된 열연 스트립(M)의 시작 부분을 용접하여 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 복수의 열연 스트립(M)을 연결시킴으로써, 연화 열처리 공정을 연속하여 수행할 수 있다.
루퍼부(114)는 열연 스트립(M)의 이동 경로를 제공하며, 이에 따라 열연 스트립(M)이 연화 열처리부(120)에 장입되는 시간을 제어할 수 있다. 특히, 루퍼부(114)는 용접부(113)에서 열연 스트립(M)이 용접을 위하여 정지되므로, 상기 용접을 수행하면서도 연속적인 연화 열처리가 가능하도록 필요한 시간을 확보하는 기능을 수행할 수 있다.
연화 열처리부(120)는 열연 스트립(M)을 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서 10초 ~ 1200초 범위의 시간 동안 연화 열처리할 수 있다. 연화 열처리부(120)는 예열부(121), 가열부(122), 및 균열부(123)를 포함할 수 있다. 예열부(121), 가열부(122), 및 균열부(123)에는 각각 히터(미도시)가 구비될 수 있다.
열연 스트립(M)은 예열부(121)에서 상온으로부터 300℃ ~ 400℃로 예열될 수 있다. 이어서, 열연 스트립(M)은 가열부(122)에서 목표 연화 열처리 온도, 예를 들어 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 이어서, 열연 스트립(M)은 균열부(123)에서 상기 목표 연화 열처리 온도, 예를 들어 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서 10초 ~ 1200초 범위의 시간 동안 유지될 수 있고, 연화 열처리가 수행될 수 있다.
냉각부(130)는, 열연 스트립(M)을 10℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도로 냉각하도록 냉각할 수 있다. 냉각부(130)는 공냉부(131)와 수냉부(132)를 포함할 수 있다.
공냉부(131)에서는 열연 스트립(M)을 공냉시키고, 예를 들어 200℃ ~ 300℃ 범위의 온도까지 냉각시킬 수 있다. 수냉부(132)에서는 열연 스트립(M)을 수냉시키고, 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도까지 냉각시킬 수 있다.
연화 열처리부(120)와 냉각부(130)는 하나의 열처리로의 형태로서 제공될 수 있다.
권취부(140)는 냉각된 열연 스트립(M)을 권취할 수 있다. 권취부(140)는 열연 스트립(M)에 장력을 인가하여 권취할 수 있다. 권취부(140)는 열연 스트립(M)을 필요한 경우 절단하여 분할하는 제2 절단부(142) 및 열연 스트립(M)을 권취하는 제2 권취롤(141)을 포함할 수 있다.
이러한 열연강판의 제조장치(100)는 종래의 연화 열처리와 온도 범위는 유사하지만, 열연 스트립을 연속적으로 연화 열처리할 수 있으므로, 열처리 온도 유지 구간의 시간과 냉각 시간이 매우 짧은 특징이 있다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 초고장력 열연강판의 제조방법을 수행하는 열연강판의 제조장치에서 연화 열처리 과정 중의 온도 프로파일과 시간을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 예열부(121), 가열부(122), 균열부(123), 공냉부(131) 및 수냉부(132)에 해당되는 온도와 지속 시간이 나타나있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 강재를 준비하였다. 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물이다. 비교예와 실시예는 모두 동일한 조성을 가졌다.
원소 C Si Mn Al Ti Nb P S N
함량 0.18 1.7 2.8 0.03 0.02 0.02 0.01 0.005 0.003
표 2는 비교예와 실시예의 연화 열처리 조건을 나타낸다.
구분 열처리 대상 연화 열처리 온도
(℃)		 연화 열처리 시간
(초)
비교예1 열연코일 - -
비교예2 열연코일 620 21,600
비교예3 열연코일 670 21,600
실시예1 열연스트립 650 100
실시예2 열연스트립 700 100
표 3은 상기 제조된 강재에 대하여, 기계적 물성으로서, 항복강도(YS), 인장강도(TS), 및 연신율(EL)을 각각 측정하여 그 결과를 나타낸다.
구분 항복 강도
(MPa)		 인장 강도
(MPa)		 연신율
(%)
비교예1 900 1182 12.4
비교예2 745 849 18.5
비교예3 593 718 23.6
실시예1 776 923 15.4
실시예2 713 873 17.8
표 3을 참조하면, 비교예1은 열연 공정을 수행하여 제조한 열연코일이며, 연화 열처리를 수행하지 않은 경우로서, 높은 항복강도와 인장강도 및 낮은 연신율을 나타내었다. 비교예1의 항복강도는 900 MPa로서, 냉간 압연 시 3세대 강판의 경우 가공경화도가 높아 항복강도 800 MPa 이상 시 주로 두께, 형상 관련 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 비교예1의 물성은 이는 후속의 냉간 압연 공정을 수행하기에는 부적절할 수 있다.비교예2 및 비교예3은 열연코일의 상태로 연화 열처리를 수행한 경우로서, 연화 열처리에 소요된 시간이 21,600초(즉, 6시간)로서 매우 길었으며, 상기 열연강판의 항복강도와 인장강도가 목표 수치 이하로 낮게 나타났다. 또한, 열연강판의 중앙 부분과 에지 부분의 강도의 편차도 나타났다.
열연 스트립 상태로 연화 열처리를 수행한 실시예의 경우에는, 연화 열처리 시간이 100초로서 매우 짧았으며, 상기 열연강판의 항복 강도, 인장 강도, 및 연신율이 목표 범위를 만족하였다. 다시 말하면, 상기 열연강판의 항복 강도, 인장 강도, 및 연신율이 후속의 냉간 압연을 수행하기에 적절한 수준을 유지할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법은 효과적으로 열연강판을 연화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 초고장력 열연강판의 연화 열처리 온도에 따른 경도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 열연코일과 본 발명의 초고장력 열연강판의 제조방법에 따라 500℃ ~ 700℃에서 60초간 유지하여 연화 열처리를 수행한 열연강판의 비커스 경도가 나타나 있다. 상기 열연코일에 비하여, 연화 열처리를 수행한 경우에는, 비커스 경도가 저하되었으며, 연화 열처리 온도가 증가함에 따라 더 감소하였다. 그러나, 600℃ 이상의 온도에서는 비커스 경도의 감소가 나타나지 않았다. 열연강판의 엣지 부분(edge)과 폭의 1/4 부분 사이의 경도 차이는 500℃ ~ 600℃에서는 연화 열처리 온도가 증가됨에 따라 증가되었으나, 600℃ 이상의 온도에서는 감소하였고, 700℃ 에서는 경도 차이가 가장 작게 나타났다. 따라서, 600℃ ~ 700℃ 사이의 연화 열처리 온도가 바람직할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초고장력 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 초고장력 열연강판의 연화 열처리 유지시간에 따른 경도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 600℃의 연화 열처리 온도에서는 비커스 경도가 약 100초의 연화 열처리 시간까지 감소하였고, 이후의 500초까지는 경도의 감소가 거의 나타나지 않거나 매우 작게 나타났다. 700℃의 연화 열처리 온도에서는 비커스 경도가 약 60초의 연화 열처리 시간까지 감소하였고, 이후의 500초까지는 경도의 감소가 거의 나타나지 않거나 매우 작게 나타났다. 즉, 600℃에서는 100초, 700℃ 에서는 60초 이상의 시간에서는 연질화 효과가 둔화되어 수렴하는 경향을 나타내었다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 강재를 열간압연하여 열연코일을 제조하는 단계;
    상기 열연코일을 권출하여 열연 스트립을 제공하는 단계;
    상기 열연 스트립을 연화 열처리하는 단계;
    상기 열연 스트립을 냉각하는 단계; 및
    상기 열연 스트립을 권취하는 단계;를 포함하는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연화 열처리 단계는,
    500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서 수행되는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연화 열처리 단계는,
    10초 ~ 1200초 범위의 시간 동안 수행되는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열연코일을 제조하는 단계는,
    상기 강재를 1,150℃ ~ 1,250℃ 범위의 재가열 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강재를 880℃ ~ 930℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃ 범위의 온도로 냉각하는 단계; 및
    상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃ 범위에서 권취하여 상기 열연코일을 제조하는 단계;를 포함하는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는,
    상기 열연 스트립을 10℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도로 냉각하도록 수행되는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는,
    상기 열연 스트립을 공냉 단계를 수행한 후,
    이어서 상기 열연 스트립을 수냉 단계를 수행하여 이루어지는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공냉 단계에서는, 상기 열연 스트립을 200℃ ~ 300℃ 범위의 온도까지 냉각하고,
    상기 수냉 단계에서는, 상기 열연 스트립을 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도까지 냉각하는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 초고장력 열연강판은,
    중량%로, 탄소(C): 0.15% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 1.5% ~ 2.0%, 망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0% 초과 ~ 0.06%, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합: 0.01% ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 초고장력 열연강판은,
    항복강도(YP): 500 MPa ~ 850 MPa, 인장강도(TP): 750 MPa ~ 1200 MPa, 및 연신율(El): 15% ~ 25% 를 만족하는,
    초고장력 열연강판의 제조방법.
  10. 열연코일을 권출하여 열연 스트립을 제공하는 권출부;
    상기 열연 스트립을 500℃ ~ 800℃ 범위의 온도에서 10초 ~ 1200초 범위의 시간 동안 연화 열처리하는 연화 열처리부;
    상기 열연 스트립을 10℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도로 냉각하도록 냉각하는 냉각부; 및
    상기 열연 스트립을 권취하는 권취부;를 포함하는,
    초고장력 열연강판의 제조장치.
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