이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따라서 박슬랩 연주-직결압연법을 통하여 가장 효과적으로 냉연법랑용강판을 제조하는 기술은 V와 같은 비교적 석출온도가 낮은 원소를 택하되 종래의 기술(일본특허 출원 제 93-25314, 92-271625, 94-250724호)과 같이 V산화물을 강중에 형성시켜 주편크랙이나, 에지크랙을 유발시키지 않고, 질소함량이 종랭의 전로-RH탈가스법보다 높다는 특징을 이용하여 VN은 원하는 온도역에서 석출이 잘 일어날 수 있도록 함량을 조정하거나, 열처리하는 방법이 연주 막힘이나, 주편터짐 또는 주편 크랙을 막을 수 있고 동시에 내피쉬 스케일성이 우수한 냉연강판을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명은 조압연설비가 있는 박 슬랩 직접 압연 공정에서 발생이 쉬운 연주막힘과, 주편터빔, 주편 크랙 및 에지 크랙 등을 방지하는 동시에 내피쉬 스케일성이 우수한 고강도 냉연법랑강판을 제조하기 위해 C를 0.02∼0.06중량%(이하 %), Mn 0.3-0.5%, S가 0.01 2%이하, Al은 0.02∼0.04%, O를 0.01%이하, N을 0.005-0.015%로 하고 V를 0.05-0.15%함유하거나, V와 함께 Ti를 0.04%이하로 함유한 강을 조압연이 있는 박슬래브 직접압연 공정에서 통상의 조건으로 조압연 및 열간마무리 압연하되 600-700℃의 온도에서 열연권취한 다음 산세후 60-80%로 냉간압연하고, 연속소둔로에서 재결정온도 이상 850℃ 이하의 온도에서 통상의 방법으로 소둔하는 것을 특징으로 하는 내피쉬 스케일성 및 밀착성이 우수한 고강도 냉연법랑 강판의 제조에 관한 것이다.
이하에서는 상기 조성범위 한정이유에 대하여 설명한다.
본 발명은 조압연설비가 있는 박슬래브 직결압연법에서 제조되는 열연소재의 주조성 확보를 위해 C를 0.06% 이하로 제한하였다. 본 발명강에서 탄소는 대부분(Fe. V)C아 같이 미세한 형태로 존재하여 내 피쉬스 스케일성 및 강도 확보에 효과적이지만 박슬래브 직결압연법과 같이 박주편을 연속주조하는 경우 탄소 함량이 0.06%를 초과하면 과냉과 공정반응 등에 기인한 주편 크랙의 문제가 있고, 열연결정립 미세화로 인한 열간압연 하중 증가에 따라 공정성에 불리하며, 주요 수소흡장원은 VN과 냉간압연중에 형성된 Fe3C/기지조직간의 미세공공이기 때문에 탄소를 과다하게 포함시킬 이유가 없으므로 상한을 0.06%로 제한하였다. 탄소함량 0.02% 이하에서는 Fe-C 상태도에서 A3온도가 증가하므로, 마무리 압연온도가 높아져서 냉각이 심한 박물강판을 제조하기 힘들고, 탈탄을 위해 산소를 과하게 취련함에 따라 강중산소가 증가하므로 Ti, Al, V, Mn 산화물이 많아져서 주편 크랙이나, 에지 크랙의 원인이 되므로 하함을 0.02%로 하였다.
Mn은 MnS로 존재하여 오스테나이트 입계에 편석되는 액상의 S를 제거하므로 에지크랙방지에 효과를 가지므로 그 함량을 0.3%이상으로 하는 한편 S를 0.012%이하로 제한하였지만, 가급적 Mn/S 비를 40이상으로 유지하여야 조압연중 에지크랙을 방지하는데 효과적이다. 이 때 Mn의 상한은 0.5%에 해당되고 그를 초과하는 경우에는 제조원가가 높아지므로 0.5% 이하로 제한하였다.
Al은 강중산소를 Al2O3로 제거하므로 하한을 0.02%로 하였지만 Al이 너무 많게 되면 AlN과 같은 석출물이 VN에 앞서 형성되어 질소를 소모시키므로 VN에 의한 수소흡장 효과를 기대할 수 없다. 따라서 그 상한은 0.04%로 하였다.
종래의 V첨가 냉연법랑강판에서와는 반대로 본 발명에서는 산소를 매우 제한한다. 박슬래브를 연주하고 직접 압연하는 공정에서는 과냉도가 높기 때문에 앞서의 설명과 같이 게재물이 주편의 크랙이나 에지크랙의 주요원인이 된다. 이를 방지하는 방법은 고온에서 산화물을 형성하는 원소를 줄이거나, 산소를 줄이는 방법밖에 없다. 고온에서 산화물 형성을 하는 원소들은 대부분 탄, 질화물 형성을 활발히 일으키므로 전자의 방법은 수소흡장원 확보가 곤란하다. 따라서 산소는 Al탈산과, 적정량의 탄소를 존재시키는 방법을 통해 강중 산소 농도를 0.01% 이하로 할 수 있고, 지금까지 상용화된 박슬래브 직접압연법의 설비 능력은 이와 같은 수준의 산소함량은 충분히 제어가 가능하므로 그 상한을 0.01%로 제한하였다.
질소는 본 발명강에서 중요한 원소로 종래의 기술과 달리 본 발명에서는 VN역시 주요 수소흡장원의 작용을 하여 피쉬 스케일 결함을 방지한다. 특히, 종래의 전로-RH탈가스 공정과는 달리 박슬래브 직결압연법은 진공탱크 탈가스법을 사용하므로 질소의 함량이 매우 높다. 전자의 방법은 강중질소농도가 30ppm이하인 반면 후자는 50-150ppm 수준이다.
종래의 Ti, Zr, B첨가 법랑 강판은 질소함량의 확보를 위해 질화철을 합금철로서 투입하여 50ppm이상의 강중 질소농도를 유지하지만 본 발명에서는 별도의 처리비용이 들어가지 않고, 오히려 높은 질소의 수준을 적극적으로 이용하는 장점이 있다. 따라서 VN석출을 용이하게 하는, 촉진제의 역할을 하는, 수준인 0.005%에서 0.015%의 범위로 제한하였다. 전자의 방법은 강중질소농도가 30ppm이하인 반면 후자는 50-150ppm 수준이다. 종래의 Ti, Zr, B첨가 법랑강판은 질소함량의 확보를 위해 질화철을 합금철로서 투입하여 50ppm이상의 강중 질소 농도를 유지하지만, 본 발명에서는 별도의 처리비용이 들어가지 않고, 오히려 높은 질소의 수준을 적극적으로 이용하는 장점이 있다. 따라서, VN석출을 용이하게 하는, 촉진제의 역할을 하는, 수준인 0.005에서 0.015%의 범위로 제한하였다. V는 본 발명에 있어서 질소와 더불어 핵심적인 원소로서 너무 낮게 되면 VN석출 효과가 없어지므로 그 하한을 0.05%로 하였고, VN이 약간 석출하는 현상을 이용하여 이를 다시 VC석출자리 제공을 통해 Fe3C 석출을 촉진시키는 작용을 이용하는 것이 본 발명의 핵심이므로 그 상한을 0.15%로 하였다. 이보다 첨가량이 많은 0.25%까지는 에지 크랙 등의 제조공정상 문제는 없지만, 제조 원가가 상승하며, 0.15%까지도 충분한 수소흡장 등 및 강도 확보가 가능해지므로 상한을 0.15%로 제한한 것이다.
한편 V와 더불어 Ti를 미량 첨가하는 경우 VN의 석출이 촉진된다는 사실을 본 발명의 실험에서 알게 되었는데 이에 따라 보다 강한 수소흡장능을 부과시킬 필요가 있는 경우, Ti를 0.04%까지 첨가하면 노즐막힘 등의 문제가 없이 내피쉬 스케일성을 보다 강화시킬 수 있다. 기타 잔류원소로서 Cu, Ni, Mo 등은 법랑 밀착성에 도움주는 원소로서 통상의 박슬래브 직결압연중에 함유되는 수준이면 된다. 이와 같이 제조된 강을 통상의 조건으로 조압연하고 이후 코일박스에서 권취하는데 이 과정이 미세한 VN이 석출하도록 본 발명에서는 V함량을 조절하였다. 이들 미세 VN석출물은 열강압연과정중 혹은 이후에 VC 석출자리를 제공하여 VC의 석출을 촉진시켜, 전체적으로 수소흡장원의 밀도를 높이는 작용을 하며, 이후 열연권취중 Fe3C를 미세화하므로 냉연시 형성되는 미세공공의 밀도를 매우 높이는 효과가 있다. 따라서 코일박스의 온도는 미세한 VN석출이 충분히 이루어지도록 900 내지 1100℃의 온도에서 운용하는 것이 바람직하다. 열간 마무리압연은 혼립이 형성되지 않고 소성유기석출되는 VC의 석출이 잘 일어날 수 있도록, A3이상의 온도에서 열간마무리 압연한다. 열연권취온도는 VN 석출물의 크기뿐만 아니라, VC의 석출물 크기를 결정짓고, Fe3C의 석출을 촉진하기 때문에 중요하다.
앞의 설명과 같이, V탄화물이 VN 주위를 감싸는 형태로 석출하므로 탄화물과 철기지간의 계면이 증가하는 효과로 말미암아, 냉연강판의 수소흡장능과 강도가 증가하므로, 이를 석출물들이 충분한 석출을 이룰 수 있도록 열원권취온도의 하한을 600℃로 하였다. 그로나 온도가 너무 높이면, 산세가 어려운 철산화물의 두께가 증가하여, 법랑광택을 해치고, 표면결함을 일으키므로 상한을 700℃로 제한하였다. 이와 같이 제조된 열연강판의 표면에 형성된 고온철산화 피막을 산세를 통해 제거한 다음 냉간압연하는데, 냉간압하율은 실험적 결과(도 2)에 따라 미세 공공의 형성향이 극대화되므로써, 피쉬 스케일이 발생하지 않는 범위인 60-80%로 하였다. 이후 연속소둔은 재결정 온도 이상에서 실시하여야 적절한 연신율을 얻을 수 있지만 너무 높게 되면 강도가 저하하여 강도확보가 어려워지고, 연속소둔 통판성에 불리하며, 소둔 연료비용이 증가하는 단점이 있으므로 그 상한을 850℃로 하였다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
본 발명은 박물의 제조가 가능한 조압연이 있는 박슬래브 직결압연법을 대상으로 시험하였다. 본 발명에서는 박슬래브 직접압연법에서 통상의 수준으로 조성을 설정하였으므로, 특별한 명시가 없으면 P는 0.015%, Si는 0,006∼0.012%, Cu는 0.08%, Cr은 0.04%, Ni는 0.03%, Sn은 0.01%로 하였다. 시험된 시편은 진공유도용해로에서 주편의 두께 60mm, 폭 170mm로 주조한 다음, 열전달이론에 의해 컴퓨터로 미리 계산된 열이력을 참고하여 주편 취출후 1100℃의 온도까지 공냉시킨 다음 23mm의 두께로 조압연하고 압연된 시편을 1050℃로 가열된 로속에 10분간 유지하여, 코일박스에 해당하는 열처리를 실시하였다. 이후 900℃의 온도에서 열간압연을 개시하고 약 850℃의 온도에서 마무리 압연하여 3.2mm의 열연판을 제작하였고, 이를 산세처리하여 열연중 형성된 철산화막을 제거한 다음 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연은 주로 75%가 되도록 하였으나, 압하율의 영향을 조사하기 이하여 90%까지 압하율을 변화시켰다. 이후 연속소둔은 대부분 800℃에서 30초간 균열한 다음 400℃의 온도에서 120초간 과시효 처리한 통상적인 열처리 싸이클로 실시하였다.
표 1은 박슬래브 직접압연법에 의한 고강도 냉연법랑강판의 제조예로서 상기와 같은 조건으로 제조된 강들에 대해 압연중 에지크랙 발생정도를 조사하고, 유산산세한 다음시편을 하유약에 담궈서 양면에 도유하였고 그 두께는 약 100㎛가 되도록 하고, 250℃에서 5분간 건조한 후 830℃에서 5분간 소성하였다. 이와같이 법랑처리가 완료된 시편은 다시 250℃에 오븐에서 24시간 유지시켜 피쉬스케일의 발생정도를 육안으로 관찰한 다음 PEI에서 규정한 바와 같이 법랑밀착지수를 평가하였다.
발명재인 강종 '가'는 V와 Ti가 본 발명에서 제시한 기준 범위를 만족하는 범위로서 피쉬스케일 및 에지크랙의 발생이 없고, 강도도 비교적 높아서, 밀착성이 우수하므로 건축용 패널등에 적용하기 유리하다. 강종 '나'는 하한의 V와 N을 첨가한 것으로 이 역시 피쉬스케일이나 에지크랙의 발생이 없고, 인장강도 역시 35kgf/mm2이상을 만족하고 있다. 강종 '다'는 상한의 V가 첨가되어 있으며, V의 증가에 따라 강도도 37kgf/mm2이상 증가하였다. 이와같이 제조된 강들은 강도가 통상의 냉연법랑강판보다 높은 수준이므로 외부로부터의 충격에 잘 견디어 법랑밀착성이 우수하다는 장점을 지닌다.
비교재인 강종 '라'는 본 발명 V, C, Mn, S, Al 등이 본 발명의 범위 내로 함유되어 있지만, 산소의 함량이 높기 때문에 강중 산화물이 많아지므로 말미암아 에지크랙이 발생하였고, V, N의 함량도 충분치 않아 피쉬스케일 발생이 심하였다. 산소가 높은 경우에는 개재물이 수소흡장원을 확보한다고 알려져 있지만, 본 발명에서 조사한 결과 Al203와 같은 개재물은 그 효과가 거의 없는 것으로 나타났다. 강종 '마'는 S의 함량이 높기 때문에 에지크랙이 심하게 발생하였다. 강종 '바, 사'는 V 함량이 낮음에 따라 피쉬스케일이 발생하였고, 특히 강종 '사'는 통상적으로 박슬래브 직경압연법에서 제조되는 열연강판을 사용한 것이다.
표 2는 강도와 내피쉬스케일성에 미치는 열연권취온도와 소둔온도의 영향을 나타낸 것이다. 발명강중 내피쉬스케일성이 가장 낮은 강종 '나'에 대해 열연권취온도와 소둔온도를 변화시킨 결과, 앞서의 설명과 같이 권취온도가 낮으면 V(C, N)과 Fe3C 석출성장이 충분치 못하여 내피쉬스케일성 확보가 어렵다는 사실을 알 수 있으며, 연속소둔온도가 너무 높으면 VC의 재용해에 따라 수용흡장원이 감소되어 피쉬스케일이 발생하고, 강의 결정립 성장으로 연화가 일어나서, 밀착지수가 감소되므로 밀착성 확보에 불리함을 알 수 있다.
도 1은 V 첨가에 따른 피쉬스케일 발생정도를 나타낸 그래프로서, 열연권취온도 650℃, 소둔온도 800℃, 냉간압하율 75%로 제조조건을 일정하게 한 것이다. 냉연강판의 피쉬스케일을 방지하기 위해서 필요한 최소의 V 함량은 0.05% 임을 알 수 있다. V함량 0.2의 것은 앞서의 표 1에 나타내지 않았지만 에지크랙이나, 피쉬스케일 발생은 없었지만, 이보다 훨씬 낮은 V함량 범위에서 피쉬스케일 발생이 없으므로 제조원가나, 강의 적절한 가공성 확보 측면에서 바람직하지 않기 때문에 본 발명의 범위에서 제외하였다.
도 2는 발명강에서 냉간압하율과 피쉬스케일 발생관계를 나타낸 것으로 본 발명의 대표적 제조조건 중 냉간압하율만을 변화시켰다. 냉간압하율이 30% 이상으로 증가함에 따라 피쉬스케일의 발생정도는 급강하여, 60∼80%의 범위에서는 피쉬스케일의 발생이 없었다. 통상 석출물은 단단하고, 기지조직은 연성이 좋기 때문에 냉간가공시 석출물/기지조직 계면은 크랙이나, 미세공공의 발생자리로 알려져 있다. 또한 냉간가공도가 증가할수록 미세 공공의 발생자리와 그 크기는 증가된다. 그러나 냉간압연과 같은 가공에서는 냉간압하율을 매우 높게 하면, 발생한 미세공공의 밀도는 증가하지만, 그 틈새가 다시 좁아지게 되며, 이후 고온의 연속소둔시 미세한 틈세는 Fe 원자의 확산에 의해 다시 채워지게 되므로 90% 이상의 냉간압하율에서는 오히려 피쉬스케일이 발생하는 것으로 판단된다. 따라서 본 발명에서는 냉간압하율을 60∼80%로 제한하였다.
박슬래브 직접압연법에 의한 고강도 냉연법량강판 제조예
|
화학성분(중량%) |
에지크랙 |
피쉬스케일 |
인장강도(kgf/mm2) |
C |
Mn |
S |
Al |
N |
V |
Ti |
O |
발명재 |
가 |
0.025 |
0.35 |
0.008 |
0.025 |
0.008 |
0.15 |
0.03 |
0.009 |
× |
× |
38.4 |
나 |
0.035 |
0.4 |
0.01 |
0.027 |
0.006 |
0.05 |
- |
0.006 |
× |
× |
35.3 |
다 |
0.03 |
0.3 |
0.01 |
0.03 |
0.010 |
0.15 |
- |
0.008 |
× |
× |
37.1 |
비교재 |
라 |
0.025 |
0.35 |
0.008 |
0.04 |
0.004 |
0.1 |
- |
0.012 |
○ |
× |
35.7 |
마 |
0.03 |
0.4 |
0.02 |
0.05 |
0.009 |
0.15 |
- |
0.003 |
○ |
× |
36.6 |
바 |
0.035 |
0.37 |
0.01 |
0.027 |
0.008 |
0.03 |
- |
0.006 |
× |
○ |
34.2 |
사 |
0.032 |
0.38 |
0.011 |
0.023 |
0.008 |
0 |
- |
0.005 |
× |
○ |
33.5 |
※ 범례 ○ 발생 × 발생하지 않음
강도와 내피쉬스케일성에 미치는 열연권취온도와 소둔온도의 영향
구분 |
강종 |
열연권취온도(℃) |
연속소둔온도(℃) |
피쉬스케일 |
PEI 밀착지수(%) |
인장강도(kgf/mm2) |
비교법 |
나 |
550 |
800 |
○ |
95 |
36.8 |
나 |
650 |
870 |
× |
83 |
33.7 |
발명법 |
나 |
650 |
800 |
× |
92 |
35.3 |
※ 범례 ○ 발생 × 발생하지 않음