KR20020041598A - 조관후 항복강도 상승량이 적은 미니밀 열연강판과 그제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전선관 또는 배관용 등으로 사용되는 미니밀 열연강판 (JS-SPHT1)에 관한 것으로， 그 목적은 가공경화에 영향을 미치는 Ｎ을 ＡｌＮ으로 석출하여 조관후 항복강도의 상승량이 7kg/mm2이내로 조절할 수 있는 미니밀 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다．
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은，중량%로 C: 0.05%이하, Mn: 0.20~0.50%, Si:0.05%이하, P:0.03% 이하, S:0.015% 이하, 산가용 Al:0.10~0.15%, N: 0.008~0.015% 및 스크랩으로부터 유입된 트램프원소의 총합량이 0.25% 이하로 트램프원소중 Cu: 0.20%이하, Sn:0.05%이하, Sb: 0.05% 이하이고, 나머지 Fe로 조성되며, 상기 Al/N의 비가 10이상을 만족하는 조관후 항복강도 상승량이 적은 미니밀 열연강판 그리고，상기와 같이 조성을 만족하도록 용강을 전기로에서 용해하는 단계, 용해된 용강을 박슬라브로 연속주조한 다음, 마무리압연온도 ８6０-890℃ 조건으로 열간압연하고 600-700℃ 사이에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 조관후 항복강도 상승량이 적은 미니밀 열연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.
Description
본 발명은 전선관 또는 배관용 등으로 사용되는 미니밀 열연강판(JS-SPHT1)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 가공경화에 영향을 미치는 Ｎ을 ＡｌＮ으로 석출하여 조관후 항복강도의 상승량이 7kg/mm2이내로 조절할 수 있는 미니밀 열연강판에 관한 것이다．
최근 주조부문의 기술개발동향은 용융금속으로부터 최종제품에 가까운 형상을 직접 주조함으로써 가열, 압연 등과 같은 중간공정을 대폭 생략하여 에너지, 설비투자비 및 조업비 등의 제조원가를 절감하는 추세에 있다. 가장 활발하게 기술개발이 추진되고 있는 기술이 박슬라브 주조(thin slab casting)와 스트립캐스팅(strip casting)이다.
박슬라브 주조기술은 대부분 슬라브의 두께를 얇은 두께로 만들어 기존의 일관압연과는 달리 압연부문의 부하를 감소시키는 방향으로 전개되고 있다. 최근에는 스크랩(scrap)을 철원으로 이용하는 전기에서 용해한 용강을 박슬라브연주기에서 박슬라브로 주조하면서 최종적으로 열간압연하는 공정을 포함한 제조기술(이하, 단지 "미니밀 공정"이라 함)이 개발되고 있다.
고로-전로조업-연속주조-열간압연으로 이루어지는 고로밀 기술에서는 슬라브 재가열이 필요한 반면, 미니밀 연주기와 압연기가 연속화(in-line)되어 있으므로 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나, 미니밀공정에서는 주로 스크랩을 철원으로 이용하기 때문에 전기로 용해단계에서 제거가 거의 불가능한 소위 Cu, Ni, Cr, Mo, Sn, Sb, Zn 등의 트램프 원소(tramp elements)가 강에 잔류하여 최종제품의 재질 및 표면품질에 부정적인 영향을 미치게 된다.
대표적인 예로 강관용으로 사용되는 미니밀 열연강판은 조관후 항복강도의 상승량이 약 10kg/mm2이상으로 상회하는 문제가 있는데, 이는 화학성분상의 문제로 압축되고 있다. 강관용 강재는 벤딩, 확관, 인발 등의 가공공정을 거치게 되므로 조관후 항복강도가 상승하게 되지만，그 상승량을 약 7kg/mm2이내로 억제하고 있다
고로밀 제조기술에서 약 7mm이하의 두께를 갖는 강관용 소재(SPHT1 강종)를 생산하기 위해서 C:0.04중량%, Mn:0.25%을 기본으로 하고, 여기에 Si, S, P등의 불순물의 합을 0.02% 이하로 제한한 알루미늄 킬드(Al-killed)강을 이용하는 것이 보통이다. 이에 반해, 스크랩(scrap)을 주요 철원으로 이용하는 미니밀 공정에서는 C:0.05중량% 이하, Mn: 0.20~0.50%, Si: 0.03% 이하, P:0.03% 이하, S:0.015%이하, soluble Al:0.01~0.10%, N:0.015% 이하를 기본으로 하고, 스크랩중에 Cu, Ni, Cr, Mo, Sn, Sb, Zn 등의 트램프원소(Tramp Element)가 강중에 잔류하게 된다. 특히, 질소(N)는 침입형 고용원소로서 강의 강도를 상승시키는 역할을 하는데， 미니밀에서 질소(N)의 제어범위가 고로밀 대비 높기 때문에 강관용 소재의 조관 전후의 거동에 있어서 기계적 특성의 변화폭이 커지는 문제가 있다． 즉, 미니밀 열연강판을 조관하면 파이프 내외부의 변형량(strain)이 부과되어 가공경화거동(strain hardening behavior)이 크게 작용하여 조관이전의 열연강판 보다 항복강도가 커지게 된다. 따라서, 가공경화거동에 영향을 미치는 질소의 함량을 낮추는 것이 가장 좋은 해결방법이지만, 미니밀 공정에서 강중 질소의 양은 보통 90-150ppm정도로 고로재의 경우 보다 높기 때문에 질소만을 제어하여 문제를 해결하기 어려운 실정이다.
따라서， 현재 미니밀 열연강판의 경우에는 ２차가공모드인 굽힘성이 요구되는 제품에는 그 사용이 제한되고 있다． 예를 들어， 전선관용으로사용되기 위해서는 90° 벤딩 등의 가혹한 가공성이 요구 되는데， 미니밀 열연강판을 ９０° 벤딩하면 벤딩부에 균열이 발생하는 문제가 있다．
본 발명에서는 스크랩을 철원으로 이용하는 미니밀공정의 특성상 과량으로 혼입되는 Ｎ에 의한 가공경화현상을 방지하기 위한 일련의 연구과정에서 안출된 것으로， 조관후 항복강도 상승량을 7kg/mm2이내로 조절할 수 있는 미니밀 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미니밀 열연강판은, 중량%로 C: 0.05%이하, Mn: 0.20~0.50%, Si:0.05%이하, P:0.03% 이하, S:0.015% 이하, 산가용 Al:0.10~0.15%, N: 0.008~0.015% 및 스크랩으로부터 유입된 트램프원소의 총합량이 0.25% 이하로 트램프원소중 Cu: 0.20%이하, Sn:0.05%이하, Sb: 0.05% 이하이고, 나머지 Fe로 조성되며, 상기 Al/N의 비가 10이상을 만족하는 것을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 미니밀 열연강판의 제조방법은,
상기와 같이 조성되도록 스크랩으로 철원으로 하여 전기로에서 용해하는 단계, 용해된 용강을 박슬라브로 연속주조한 다음, 마무리압연온도 860-890℃의 조건으로 열간압연하고 6000-700℃ 사이에서 권취하는 단계를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 미니밀 열연강판에서 Ｎ의 영향인 가공경화량을 낮추기 위한 방안을 연구하던 중에， Ｎ를 강중에 고용시키지 않고 석출하면 그 해결이 가능하다는 점에 착안하여 본 발명을 완성한 것이다． 본 발명에서는 Ｎ을 ＡｌＮ으로 석출하기 위한 적정 Ａｌ／Ｎ의 비를 제어하면서， 과량의 Ａｌ이 용강에 함유되면 박슬라브 주조시에 노즐을 막을 수 있다는 점을 감안하여 그 첨가량을 제어하는데 특징이 있다．이러한 본 발명을 강조성과 제조조건으로 구분하여 설명한다．
［미니밀 열연강판의 조성］
·탄소(C)의 함량을 0.005%이하로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 대상제품 규격인 SPHT1의 강중 탄소함유량은 고로밀의 경우 그 상한치를 통상 0.06%(제품두께 7.0mm이하)로 규정하여 제조하고 있지만, 동일한 탄소함량을 미니밀 공정에 적용하여 생산한다면, 고로밀 대비 높은 트램프 원소 및 질소(N)수준의 영향으로 항복강도가 수요가 요구치를 넘어설 위험이 크다. 또한， 트렘프 원소가 조관후 항복강도 상승에 미치는 영향도는 탄소함량이 높을수록 더 크게 나타나는 경향이 있으므로, 고로밀 제품과 동등수준의 인장특성을 갖는 제품을제조하기 위해서는 탄소함량을 낮게 제한할 필요가 있다. 따라서， 본 발명에서 탄소함유량은 제품의 조관전후 재질을 안정적으로 확보하기에 용이하도록 그 상한치를 0.05%로 한정하는 것이다．
·망간(Mn)의 함량은 0.2-0.5%로 한정하는 것이 바람직하다.
Mn은 강중의 황(S)에 의해 발생되는 결함인 에지크랙(Edge crack)의 발생을 방지하는 역할을 하는 원소로서 망간/황(Mn/S)의 비를 크게 관리하는 것이 좋다． 이러한 Mn의 역할을 감안할 때， 적어도 ０．２％이상 함유되어야 하나， 망간량이 ０．５％ 보다 높아지면 강도 상승량의 규제치를 넘을 위험이 클 뿐만 아니라 합금첨가 비용이 상승하는 비경제적인 결과를 초래한다．
·실리콘(Si)의 함량은 ０．０５％이하로 하는 것이 바람직하다．
Ｓｉ은 스케일 결함을 조장하고 강관을 도금하여 백관으로 제조하는 경우 도금밀착성을 떨어뜨리는 원소이지만 미니밀 공정의 경우는 상대적으로 실리콘의 제거에 난점이 있고, 또한 강관의 도금시 Ｓｉ의 함량이 0.05% 까지는 도금성을 크게 저해하지 않는다．
인(P)은 ０．０３％이하로 관리하는 것이 바람직하다．
Ｐ은 편석경향이 강한 원소로서 고로밀의 경우 그 양을 0.02% 이하로 제한하고 있으나, 미니밀 공정은 주조속도가 빠르기 때문에 고로밀 대비 주편에서의 편석경향이 훨씬 적고 또한， 강중 P의 제거는 비용상승을 초래하므로 그 함량을 0.03% 이하로 관리하여도 무방하다．
·황(S)은 ０．０１５％이하로 관리하는 것이 바람직하다．
Ｓ은 에지크랙 결함을 발생시키는 경향을 지닌 원소로서 Mn/S비가 30이하인 경우는 에지크랙 문제 뿐만 아니라 용접시 고온균열을 발생시킬 소지가 큰 원소로서 기존밀에서는 통상 0.02%이하로 규정되어 있으나 미니밀 공정에서는 공정특성상 더욱 엄격히 관리해야 하며, 또한 Mn투입량 절감 측면에서도 S가 적을수록 유리하므로 그 양을 0.015% 이하로 규정한다．
·산가용 알루미늄(Al)은 ０．１０－０．１５％로 첨가하는 것이 바람직하다．본 발명에서는 Ａｌ은 강중 용존산소의 제거와 함께 강중에 존재하는 질소(N)을 AlN형태로서 석출하여 고용질소(N)의 양을 감소시키는 중요한 역할을 하는 원소이다. 즉， 강중 고용질소(N)의 양에 따라 파이프 조관 전후의 항복강도의 거동에 큰 차이가 있는데, 이는 강중 고용질소(N)가 파이프 조관시에 부여되는 변형량(t/D,%)에 의해 재료내부에 가공경화를 유발시키기 때문이다. 일반적으로 파이프 조관전후의 항복강도 변화거동은 조관시에 부여되는 변형량(t/D,%)에 따라 바우싱거효과(Bauschinger effect)와 가공경화거동에 따라 달라지게 되기 때문에, 질소(N)와 같은 침입형 원소의 양을 제어하는 산가용 알루미늄(Al)의 양은 매우 중요하다. 이를 고려하여 본 발명에서는 산가용 Ａｌ의 양이 0.10이상 첨가하여 강중 질소(N)의 양이 0.009~0.011 범위에서 조관전후의 항복강도 상승량을 7kg/mm2이내로 제어한다． 그런데， 산가용 알루미늄의 양이 0.15% 보다 많은 경우에는 박슬라브 주조시에 노즐막힘에 의해 주조가 곤란한 어려움이 있다．
·질소(N)는 ０．００８－０．０１５％로 관리하는 것이 바람직하다．고로밀의 경우 소강성분중에 질소의 함량이 통상 0.007% 이하이기 때문에 그다지 문제가 되지 않는 원소이지만, 공정특성상 질소함량이 상대적으로 높은 미니밀 제품에서는 관리가 요구되는 성분이다. 즉， 강중 질소는 그 양이 많아지면 가공성을 악화시키며, 또한 취성을 증가시키기 때문에 적절한 제어가 필요한 성분이다. 파이프 조관시에 부여되는 변형량(t/D,%)에 따라 강중 질소(N)에 의해 나타나는 가공경화량의 정도는 달라지게 된다. 따라서 가능하면 강중 질소의 양을 낮게 하는 것이 조관전후의 항복강도 상승량을 억제하는 효과를 가지게 된다. 그러나， 미니밀 공정특성상 강중질소의 양을 80ppm이하로 보증하기에는 경제적인 문제점이 대두되기 때문에 본 발명에서는 강중 질소의 양은 0.008~0.015%로 제한한다．
·Al/N의 비는 10이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 Ａｌ을 ０．１０－０．１５％로 하고， 질소를 ０．００８－０．０１５％로 관리하면서 Ａｌ／Ｎ의 비를 １０이상으로 할 때 조관전후의 항복강도 상승량을 7kg/mm2이내로 할 수 있다．
·트램프 원소
스크랩으로부터 유입되는 강중의 트램프원소는 주로 Cu, Ni, Cr, Mo, Sn, Sb, Zn등으로，그 양이 많으면 가공성 등의 제품품질이 저하되므로， 그 전체 함량을 0.25%로 한정하는 것이 바람직하다． 특히， 트램프원소중에 Cu, Sn, Sb의 경우는 주편의 표면결함을 발생시키는 경향이 강한 원소이기 때문에 그 양을 각각 Cu는 0.2% 이하, Sn은 0.05%이하, Sb도 0.05% 이하로 제한한다．
［미니밀 열연강판의 제조방법］
주로 스크랩을 철원으로 하여 상기와 같이 조성되도록 전기로에서 용강을 만든다음， 이 용강을 박슬라브 주조기에서 박슬라브로 주조한다．박슬라브의 두께는 통상적으로 약 ５０－７０ｍｍ의 두께로 하고 있다． 박슬라브로 주조한 다음에 연속하여 최종목표 두께를 갖도록 열간압연을 한다．
열간압연은 마무리압연온도를 ８6０-890℃ 사이에서 행하는 것이 바람직하다． 마무리압연온도가 ８9０℃ 초과의 경우에는 AlN의 석출이 억제되어 인장강도가27 kg/mm2이하가 되어 미니밀 인장강도 28 kg/mm2급 열연강판의 규격에 미달되며, 또한 마무리압연온도가 860℃ 미만의 경우 동적재결정에 의한 AlN의 석출장소가 억제되어 항복강도 상승(인장강도 27 kg/mm2 이하)에 크게 기여하지 못한다.
상기와 같이 압연한 다음 권취하는데， 그 권취온도는 60０－７００℃에서 하는 것이 바람직하다. 권취온도가 60０℃미만의 경우에는，AlN 석출이 억제되어 인장강도가 27 kg/mm2이하로 현저히 낮아지며, 권취온도가 ７００℃ 보다 높은 경우에는 석출되는 AlN의 크기가 20~50㎛로서 현저히 커져 오히려 항복강도를 27 kg/mm2이하로 크게 떨어지기 때문이다.
이하， 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다．
［실시예］
표 1의 발명강과 비교강을 용해하여 미니밀 공정에서 각 성분계별로 3.3mm의 열연판으로 제조하였다． 이때， 각 미니밀 열연판의 조관전후의 인장강도, 항복강도 및 연신율의 특성을 표 2에 나타낸 바와 같다. 발명재는 열간압연공정에서 마무리압연을 ８6０-890℃에서 행하고, 권취는 600-700℃에서 행하였다.
| 구분 | 화학성분(중량%) | 두께 | 비고 | ||||||||
| C | Mn | Si | P | S | Sol.Al | N | Al/N | Tramp | |||
| 1 | 0.036 | 0.33 | 0.047 | 0.017 | 0.005 | 0.03 | 0.009 | 3.33 | 0.18 | 3.3 | 비교강 |
| 2 | 0.037 | 0.32 | 0.048 | 0.015 | 0.006 | 0.06 | 0.011 | 5.45 | 0.19 | 3.3 | |
| 3 | 0.038 | 0.32 | 0.049 | 0.014 | 0.005 | 0.09 | 0.010 | 9.00 | 0.21 | 3.3 | |
| 4 | 0.037 | 0.35 | 0.048 | 0.014 | 0.006 | 0.11 | 0.011 | 10.0 | 0.18 | 3.3 | 발명강 |
| 5 | 0.036 | 0.32 | 0.047 | 0.016 | 0.007 | 0.13 | 0.011 | 11.8 | 0.17 | 3.3 | |
| 6 | 0.038 | 0.33 | 0.049 | 0.015 | 0.006 | 0.13 | 0.009 | 14.4 | 0.17 | 3.3 | |
| 7 | 0.037 | 0.34 | 0.047 | 0.018 | 0.005 | 0.15 | 0.014 | 10.7 | 0.19 | 3.3 | |
| 8 | 0.036 | 0.36 | 0.043 | 0.014 | 0.007 | 0.07 | 0.006 | 11.7 | 0.20 | 3.3 | 비교강 |
| 9 | 0.038 | 0.34 | 0.045 | 0.015 | 0.006 | 0.07 | 0.007 | 10.0 | 0.19 | 3.3 |
| 구분 | 인장성질(조관전) | 인장성질(조관후) | △YP | 비고 | ||||
| 인장강도(kg/mm2) | 항복강도(kg/mm2) | 연신율(%) | 인장강도(kg/mm2) | 항복강도(kg/mm2) | 연신율(%) | |||
| 1 | 40.6 | 30.2 | 40.0 | 47.0 | 44.2 | 31.8 | 14.0 | 비교강 |
| 2 | 41.0 | 31.3 | 39.0 | 46.5 | 43.4 | 32.2 | 12.1 | |
| 3 | 41.4 | 31.6 | 39.5 | 46.2 | 40.3 | 33.5 | 8.70 | |
| 4 | 40.5 | 30.7 | 40.2 | 46.0 | 37.5 | 33.0 | 6.80 | 발명강 |
| 5 | 39.5 | 30.0 | 40.5 | 45.4 | 36.5 | 34.4 | 6.50 | |
| 6 | 39.0 | 29.2 | 41.5 | 44.5 | 34.2 | 35.0 | 5.00 | |
| 7 | 39.5 | 30.5 | 40.7 | 45.0 | 37.0 | 34.2 | 6.50 | |
| 8 | 40.5 | 31.0 | 40.0 | 46.3 | 37.8 | 33.5 | 6.80 | 비교강 |
| 9 | 41.2 | 31.5 | 39.4 | 46.0 | 37.5 | 33.8 | 6.00 |
표 ２에서 알 수 있듯이， 발명강（4, 5, 6, 7）의 경우 조관전후의 항복강도 차이(DYP=조관후 항복강도-조관전 항복강도)는 7kg/mm2이내인데 반해， 비교강(1,2,3)의 경우조관전후의 항복강도 차이는 모두 7kg/mm2이상이었다．
또한， 표1, 2에서 비교강（1, 2, 3, 8, 9）을 보면 알루미늄의 양은 모두 0.10% 이하로 강중 질소의 양에 따라서 조관전후의 항복강도 상승량은 달라짐을 알 수 있다. 즉， 강중 질소의 양이 70ppm 이하인 경우는 조관전후의 항복강도 상승량은 7kg/mm2이내이며， 질소의 함량이 90~110ppm에서는 7kg/mm2이상임을 알수 있다. 비교강（8, 9）의 경우 질소의 양은 70ppm 이내에서 조관전후 항복강도 상승량의 허용치인 7kg/mm2이내의 제어가 가능한 것을 알 수 있는데, 이 경우는 경제적인 관점에서 불리한 점이 많다. 즉 질소를 70ppm 이하로 정련하기 위해서는 또 다른 정련관정을 거쳐야 하기 때문이다.
상술한 바와 같이， 본 발명에 따르면 조관후 항복강도 상승량이 고로밀 제품과 동등수준인 7kg/mm2이내인 제품을 생산할 수 있음에 따라 조관시에 파이프 직진도를 개선할 수 있고， 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 파이프 상태에서 2차가공모드인 굽힘성이 요구되는 제품에도 적용할 수 있는유용한 효과가 있는 것이다．
Claims (2)
- 중량%로 C: 0.05%이하, Mn: 0.20~0.50%, Si:0.05%이하, P:0.03% 이하, S:0.015% 이하, 산가용 Al:0.10~0.15%, N: 0.008~0.015% 및 스크랩으로부터 유입된 트램프원소의 총합량이 0.25% 이하로 트램프원소중 Cu: 0.20%이하, Sn:0.05%이하, Sb: 0.05% 이하이고, 나머지 Fe로 조성되며, 상기 Al/N의 비가 10이상을 만족하는 조관후 항복강도 상승량이 적은 미니밀 열연강판.
- 스크랩을 철원으로 하여 중량%로 C: 0.05%이하, Mn: 0.20~0.50%, Si:0.05%이하, P:0.03% 이하, S:0.015% 이하, 산가용 Al:0.10~0.15%, N: 0.008~0.015%, 상기 스크랩으로부터 유입된 트램프원소의 총합이 0.25%이하로 이 트램프원소중 Cu: 0.20%이하, Sn:0.05%이하, Sb: 0.05%이하이고 나머지 Fe로 조성되며, 상기 Al/N의 비가 10이상을 만족하도록 전기로에서 용해하는 단계,용해된 용강을 박슬라브로 연속주조한 다음, 마무리압연온도 ８6０-890℃ 조건으로 열간압연하고 600-700℃ 사이에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 조관후 항복강도 상승량이 적은 미니밀 열연강판의 제조방법.
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