KR20120063601A - 가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 ｉｆ강의 제조방법 - Google Patents

가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 ｉｆ강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박 슬라브 연주법을 이용하여 우수한 가공성을 확보함과 동시에 스트립의 폭방향 및 길이방향으로의 재질편차를 현저히 감소시킨 열연 IF강을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 중량%로, C: 0.01% 이하의 함량을 가지고, 총 트램프원소(Cu+Cr+Ni+Sn+Pb)가 0.20% 이하 포함되며, Ti, Nb의 탄질화물 형성원소가 0.001 ~ 0.10%의 범위에서 하나 이상 첨가되고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을 두께 30 ~ 150mm의 박 슬라브로 연속주조하고, 이 박 슬라브를 조압연, 가열, 마무리 압연 및 권취 단계를 통해 열연 IF(Interstitial Free)강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 마무리 압연 단계는 마무리 압연기의 입측 온도가 930℃ 이하가 되고 출측 온도가 750 ~ 850℃가 되도록 하여 페라이트 영역에서 마무리 압연을 하며, 상기 권취 단계는 650 ~ 730℃의 온도에서 권취하는 것으로 구성된다.

Description

가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 ＩＦ강의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HOT ROLLED IF STEEL WITH EXCELLENT WORKABILITY AND VARIATION OF MECHANICAL PROPERTY}
본 발명은 가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 IF강 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박 슬라브 연주법을 이용하여 연신율 특성이 우수할 뿐만 아니라 재질편차가 작은 열연 IF강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
건축용, 가전용 및 자동차용 등으로 광범위하게 사용되는 심가공용 열연강판을 제조하기 위해서는 중량비율(이하 중량%)로 탄소량 0.02% 내외의 중저탄소강을 이용하여 제조하는 것이 일반적이나, 이 경우, 강판의 연신율 수준이 43 ~ 46% 정도로 다소 미흡하여 매우 큰 성형성이 요구되는 물품에는 적용이 곤란하다.
따라서, 이 문제의 해결을 위하여 일본의 가와사끼제철(KSC) 및 일본강관(NKK)은 극저탄소강을 이용하여 연신율이 한층 높인 고연성 열연강판을 개발한 바 있다. 예컨대, KSC의 경우는 티타늄(Ti)을 첨가한 극저탄소강을 오스테나이트 단상역인 Ar3 변태점 이상의 온도에서 압연하여 연신율 55% 정도의 열연강판을 제조하였으며(상품명 KFN), NKK의 경우도 극저탄소강에 Ti 및 Nb를 첨가하고 역시 Ar3 변태점 이상에서 압연하여 50 ~ 53%의 연신율을 갖는 고연성 열연강판(상품명 HKHU)의 제조한 바 있다. 또한 신일본제철(NSC)의 경우는 0.009% C에 B을 첨가한 강을 이용하여 오스테나이트 역에서 압연을 실시함으로써 연신율 55%의 고연성 열연강판을 제조한 바 있다.
상기의 제품들은 물론 기존의 중저탄소강으로 제조된 제품들에 비해 양호한 가공성을 갖기는 하지만, 열연강판의 특성상 가공성의 중요한 척도인 소성이방성계수(Lankford value)의 값이 통상 1.0 이하로 매우 낮기 때문에 드로잉 가공 등 복잡한 성형이 요구되는 용도로 사용되기 어려운 문제점이 있었다. 또한 상기의 방법들은 모두 극저탄소강의 Ar3 변태점보다 높은 온도인 약 900℃ 이상의 고온에서 압연을 완료해야 하기 때문에 압연시 조업성을 저하시킬 뿐만 아니라, Ar3 변태점 이하로의 온도하락이 불가피한 폭방향 에지부분은 조직이 불균일하여 그 부분의 가공성이 크게 하락하는 문제점이 있었다.
한편, 최근 주목을 받고 있는 새로운 철강공정인 소위 박 슬라브 연주에 의해 판재를 제조하는 미니밀 공정은 공정 특성상 스트립의 폭방향 길이방향으로 온도편차가 작기 때문에 재질편차가 양호한 제품을 제조할 수 있는 잠재능력을 지닌 공정으로 주목받고 있다.
특히, 200mm 이상의 두꺼운 슬라브를 만든 후 재가열하여 강판을 제조하는 기존밀과 달리 미니밀 공정에서는 연주에 의해 50 ~ 90mm 두께의 박 슬라브를 만들고 이를 바로 열간직송압연함으로써 제품을 제조하기 때문에, 제품생산 시 금속학적으로 매우 다른 거동, 특히 가공성과 깊은 관련이 있는 탄질화물의 석출거동이 크게 달라지는 현상이 예상된다.
그러나, 종래에 미니밀 공정을 이용한 연질 열연강판을 제조하는 방법이 개시된 유럽 등록특허 제1228255호, 제1337673호, 미국 등록특허 제6835253호 및 PCT 공개특허 WO01/029273에서 보는 바와 같이, 주로 연주 후 슬라브 냉각 조건 등에 대해 조건을 한정하여 일반 연질 열연강판 또는 냉연용 열연강판을 제조하는 방법만이 개발되어 있을 뿐 본 발명에서 목표로 하는 매우 높은 가공성을 갖는 제품의 제조방법을 제시하지는 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 당업계의 실정을 고려하여 개발된 것으로서, 박 슬라브 연주법을 이용하여 우수한 가공성을 확보함과 동시에 스트립의 폭방향 및 길이방향으로의 재질편차를 현저히 감소시킨 열연 IF강을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 중량%로, C: 0.01% 이하의 함량을 가지고, 총 트램프원소(Cu+Cr+Ni+Sn+Pb)가 0.20% 이하 포함되며, Ti, Nb의 탄질화물 형성원소가 0.001 ~ 0.10%의 범위에서 하나 이상 첨가되고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을 두께 30 ~ 150mm의 박 슬라브로 연속주조하고, 이 박 슬라브를 조압연, 가열, 마무리 압연 및 권취 단계를 통해 열연 IF(Interstitial Free)강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 마무리 압연 단계는 마무리 압연기의 입측 온도가 930℃ 이하가 되고 출측 온도가 750 ~ 850℃가 되도록 하여 페라이트 영역에서 마무리 압연을 하며, 상기 권취 단계는 650 ~ 730℃의 온도에서 권취하는 것으로 구성된다.
또한, 상기 연속주조 단계는 주조속도가 4.5 mpm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 조압연 단계는 조압연기 입측에서의 박 슬라브 표면온도가 950 ~ 1100℃가 되도록 하고, 조압연 시의 누적 압하율이 65 ~ 90%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 IF강의 제조방법에 의하면, 박 슬라브 연주법을 이용하여 우수한 가공성을 확보함과 동시에 스트립의 폭방향 및 길이방향으로의 재질편차를 현저히 감소시킨 우수한 품질의 열연 IF강을 제조할 수 있다.
또한, 박 슬라브 연주법을 통해 기존밀에서의 재가열 공정을 생략할 수 있어 에너지 절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 박 슬라브 연주법을 통해 전기로에서 고철 등의 스크랩을 용해한 강을 사용할 수 있어 자원의 재활용성을 높여줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 미니밀 공정을 도시한 개략도.
이하에서 본 발명의 기술구성을 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 박 슬라브 연주법을 이용한 미니밀 공정을 통해 열연 IF강을 제조하는 방법에 대한 것이므로, 먼저 도 1을 참조로 본 발명에 따른 미니밀 공정을 간단히 설명한다.
먼저, 연속주조기(10)에서 두께 30 ~ 150mm의 박 슬라브(a)를 제조한다. 이는 기존밀의 연속주조기에서 생산하는 200mm 이상의 슬라브와 대비하여 박 슬라브(Thin slab)라고 한다. 종래 200mm 이상의 슬라브는 야적장 등에서 완전히 냉각되므로, 열간압연을 하기 전에 재가열로에서 표면온도 1100℃ 이상으로 충분히 재가열하여야 했다. 이에 반해 상기 박 슬라브는 재가열로를 거치지 아니하고 곧바로 조압연기(20)로 이송되기 때문에, 연주열을 그대로 이용할 수 있어 에너지를 절감하고 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
조압연기(20)에서 일정 두께 이하의 열연 스트립으로 압연되고, 이 과정에서 저하된 스트립의 온도를 가열수단(30)을 이용해 보상한 후, 가열된 열연 스트립(b)을 마무리 압연기(50)에서 원하는 최종 두께로 압연하고, ROT[Run Out Table(60)](이하 "런아웃 테이블"이라 함)를 통해 냉각시킨 다음, 권취기(70)에서 일정한 온도로 최종 권취함으로써 원하는 재질의 열연 강판을 제조한다.
이 때, 연주속도와 압연속도와의 차이를 보상하기 위해 마무리 압연기(50) 앞에 코일 박스(40)를 설치하여 유도 가열기(30)를 통과한 열연 스트립(b)을 1차 권취하도록 구성될 수도 있다. 최근에 6mpm 이상의 고속 연주법이 현실화됨에 따라 상기 코일 박스(40)를 사용하지 않는 진정한 의미의 연연속 압연 공정도 개발되고 있고 있다.
상술한 미니밀 공정을 통해 제조되는 본 발명의 열연 IF강의 조성은, 중량%로, C: 0.01% 이하(0% 제외)의 함량을 가지고, 총 트램프원소(Cu+Cr+Ni+Sn+Pb)가 0.20% 이하(0% 제외)로 포함되며, Ti, Nb의 탄질화물 형성원소가 0.001 ~ 0.10%의 범위에서 하나 이상 첨가되고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.
상기 C는 연질강판의 가공성을 저해하는 대표적인 고용원소로서, 그 함량이 0.01%를 초과하는 경우는 Ti, Nb 등의 탄질화물 형성원소를 다량 첨가하여 석출물로 석출시킨다 해도 가공성의 열화를 피하기 어려우므로 상기 C의 함량은 0.01%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 트램프원소(Cu+Ni+Sn+Pb)는 제강 공정에서 원료로 사용하는 스크랩에서 비롯된 일종의 불순물 원소로서 그 함량이 0.20%를 초과하면 박 슬라브 연주 주편의 표면크랙을 유발하는 원인이 되므로 그 함량을 0.20% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 조성되는 강에 탄질화물 원소는 Ti 및 Nb 중 1종 이상 첨가할 수 있다. 상기 Ti 및 Nb은 연질강판의 가공성을 크게 해칠 뿐만 아니라 시효경화를 유발시키는 고용원소를 scavenging함으로써 상기 문제점을 해결해주는 원소이다. 상기 Ti 및 Nb의 함량이 0.001% 미만인 경우에는 이와 같은 효과를 확보하기 어렵고, 0.1%를 초과하게 되면 제조비용 상승 및 과다한 석출물로 인하여 가공성이 저하될 가능성이 있다. 따라서, Ti 및 Nb 각각의 함량은 0.001 ~ 0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.
나머지 Si, Mn, P, S, Al 등의 주요성분은 현행 연질강판에 주로 사용되는 소위 IF(interstitial Free) 극저탄소강의 통상 범위에 준한다.
상기와 같은 성분으로 이루어진 용강을 사용하여 본 발명에 따른 열연 IF강의 제조방법을 상세히 설명한다.
앞서 도 1을 참조로 설명한 바와 같이, 미니밀 공정은 연속주조, 조압연, 가열, 마무리 압연, 냉각 및 권취 단계로 구성되는데, 본 발명의 특징적 기술구성은 상기 각 단계의 조업 조건을 새로이 제어하여 목표인 재질편차가 우수한 열연 IF강을 제조하는 것이다.
상기 연속주조 단계는 주조속도가 4.5mpm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
통상 주조속도가 느릴수록 주편에서부터 P, S 등의 편석이 발생할 위험이 있으며 상기 원소의 편석이 발생하면 가공성이 하락할 뿐만 아니라 재질편차가 발생할 위험성이 크기 때문에 그 속도를 4.5mpm 이상으로 한정하였다. 앞서 설명한 바와 같이 미니밀 공정에서 고속 연주 방법은 중요한 기술개발 테마로서 최근 6mpm 이상의 주조속도가 상용화될 수 있다고 알려져 있으며, 이러한 고속의 주속속도도 본 발명에 적용 가능하므로, 특별히 그 상한치를 한정하지는 않았다.
상기 조압연 단계는 연속주조된 박 슬라브를 2 ~ 4개의 스탠드로 구성된 조압연기에서 조압연한다. 이 때, 조압연기 입측에서의 박 슬라브 표면온도가 910 ~ 1100℃가 되도록 하고, 조압연 시의 누적 압하율이 65 ~ 90%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
조압연기 입측에서의 슬라브의 표면온도가 910℃ 미만인 경우는 압연 중 변태가 일어나 압연성에 문제를 일으킬 뿐만 아니라 에지크랙이 발생할 위험이 증가하고, 1,100℃를 초과하는 경우는 산수형 스케일이 발생할 위험이 있으므로 그 온도를 910 ~ 1,100℃로 제한하는 것이 바람직하다.
또한 조압연 시의 누적 압하율은 본 발명에서 목표로 하는 재질이 균일한 제품을 얻는데 중요한 역할을 한다. 즉, 조압연 시 압하율이 높을수록 P, S, Al 등의 미시적인 분포가 균일해질 뿐 아니라, 스트립의 폭방향 및 두께방향의 온도구배도 작아지므로 양호한 가공성의 균일한 재질을 얻는데 매우 유효하다. 하지만, 누적 압하율이 65% 미만인 경우는 상기의 효과가 충분히 발휘되지 못하며, 90%를 초과하는 경우는 압연변형 저항이 크게 증가해 비용이 상승하므로, 누적 압하율이 65 ~ 90%가 되도록 압연하는 것이 바람직하다.
한편, 미니밀 공정은 연주 후 상온까지 냉각된 주편을 다시 재가열로에 장입하는 기존밀의 CCR(cold charge rolling) 방식과는 달리 고온의 주편이 곧바로 열간압연되기 때문에 극저탄소강 중의 탄질화물 형성 거동이 전혀 달라진다. 예컨대, 미니밀 공정에 의해 열연강판의 제조 시에는 재가열로에서 형성되는 0.1um 이상의 매우 조대한 석출물은 거의 형성되지 않고 수십nm 크기의 동적석출물이 주류를 이루기 때문에 IF 극저탄소강의 연신율 확보가 훨씬 용이하며, 또한 에너지 절감 및 생산성 향상도 가능한 이점을 갖는 공정이기 때문에 본 발명의 압연방식으로 이용하였다.
상기 가열, 보열된 스트립을 텐덤 형식의 압연기로 마무리 압연을 실시하는 경우, 마무리 압연기의 입측 온도가 930℃ 이하가 되고 출측 온도가 750 ~ 850℃가 되도록 하는 것이 바람직하다.
마무리 압연기 입측의 스트립 표면온도를 930℃ 이하로 제한하는 이유는 상기의 조압연의 경우와 마찬가지로 변태영역을 피해 페라이트 단상역에서 압연을 진행하므로써, 국부적 재질편차를 방지함과 아울러 압연시 스트립의 불균일 연신에 의해 발생할 위험이 있는 판파단을 방지하기 위함이다. 마무리 압연기 입측의 최소 스트립 표면온도는 마무리 압연 공정상 후술하는 마무리 압연기 출측의 최소 표면온도인 750℃를 맞출 수 있는 온도로 정해지며, 통상적으로 770℃ 이상으로 제어하는 것이 바람직하다.
또한 마무리 압연시의 스트립 출측온도를 750℃ ~ 850℃ 범위가 되도록 제한하는 이유는 압연 완료온도가 750℃ 미만인 경우는 압연하중이 크게 증가할 뿐만 아니라, 또한 연신율을 크게 해치는 변형립이 발생할 위험이 크며, 압연 완료온도가 850℃를 초과하는 경우는 혼립 등이 발생하여 연신율의 저하를 초래할 위험성이 크기 때문에 상기의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 권취 단계는 650 ~ 730℃의 온도에서 권취하는 것이 바람직하다. 권취온도가 650℃ 미만인 경우에는 전위밀도가 높은 결정립이 잔존하여 연신율 저하를 초래하며, 730℃를 초과하는 경우에는 거대립 등의 발생에 의한 가공성 저하가 우려될 뿐만 아니라, 표면 스케일 결함의 발생이 우려되기 때문에 상기의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
미니밀 공정을 이용하여 페라이트역에서 압연을 실시하여 높은 연신율의 열연강판을 제조할 수 있는 이유는 극저탄소강의 석출물 및 압연시 동적 재결정거동과 관계가 깊다. 예컨대, 열간직송압연을 실시하여 연신율 확보에 유리한 석출물 분포를 얻을 수 있으며, 또한 페라이트역 압연에 의해 압연시 전위의 도입속도를 높임으로써 동적재결정을 유발할 수 있고, 이 동적 재결정에 의해 형성된 결정립은 전위밀도가 매우 낮은 특성을 갖기 때문에 높은 연신율의 구현이 가능한 것이다.
아울러 페라이트 단상역에서 압연을 실시하기 때문에 종래의 오스테나이트역에서 압연을 실시하는 경우 폭방향 에지부의 Ar3 변태점 이하로의 온도하락 때문에 발생하는 에지부의 가공성 저하문제도 해결 가능한 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 기술효과를 알아보기 위해 다음과 같은 실험을 실시하였다.
C: 0.003%, Mn: 0.08%, Si: 0.01%, P: 0.01%, S: 0.007%, Al: 0.025%, Ti: 0.032%의 화학성분을 갖는 통상의 티타늄 첨가 IF 극저탄소강(1 ~ 8번 시편) 및 중저탄소강(C: 0.021%, 9 ~ 10번 시편)을 준비하고, 상기 1 ~ 8번 시편은 박 슬라브 연주법에 의해 열연 스트립을 제조하였으며, 상기 9 ~ 10번 시편은 기존밀의 조건으로 열연 스트립을 제조하였다. 상기 1 ~ 8번 시편을 제조함에 있어서 조압연 시의 압하율은 76%로 동일하게 적용하였고, 상기 9 ~ 10번 시편을 제조함에 있어서 재가열 온도는 1200℃로 동일하게 적용하였다.
상기한 연속주조 및 열간압연 조건으로 3.0mm 두께의 열연 스트립을 제조한 다음, 열연 스트립의 재질(인장강도, 연신율), 에지부 10mm 지점에서의 미세조직 관찰결과, 폭방향 연신율 차 및 스케일결함 발생 유무를 표 2에 나타내었다. 상기 폭방향 연신율 차는 열연 스트립의 에지부와 폭 중심부에서 채취한 인장시편의 연신율 차이를 나타낸 것으로 그 값이 작을수록 폭 방향으로의 재질이 균일함을 의미하는 것이다.
구분 압연공정 강종 슬래브
두께(mm)		 주속
(mpm)		 조압연
온도(℃)		 마무리
압연온도
(℃)		 권취온도
(℃)
발명강1 미니밀-MFM 극저탄소강 84 6.2 972 802 700
발명강2 미니밀-MFM 극저탄소강 84 6.2 958 812 700
발명강3 미니밀-MFM 극저탄소강 84 6.2 1021 825 700
비교강1 미니밀-MFM 극저탄소강 84 6.2 1120 785 700
비교강2 미니밀-MFM 극저탄소강 84 6.2 1010 710 700
비교강3 미니밀-MFM 극저탄소강 84 6.2 988 912 700
비교강4 미니밀-MFM 극저탄소강 84 6.2 974 789 630
비교강5 미니밀(CCR) 극저탄소강 84 6.2 954 823 760
비교강6 기존밀(CCR) 중저탄소강 230 6.2 1012 892 680
비교강7 기존밀(CCR) 중저탄소강 230 6.2 1003 885 680
구분 인장강도
(MPa)		 연신율(%) 에지부 10mm
지점 미세조직		 폭방향
연신율차(%)		 스케일결함
발생유무
발명강1 27.2 58.5 정립 3.2 미발생
발명강2 27.8 56.9 정립 2.9 미발생
발명강3 27.1 59.2 정립 1.9 미발생
비교강1 26.9 60.1 정립 2.5 발생
비교강2 32.9 42.1 변형립 존재 8.7 미발생
비교강3 28.5 52.6 정립 2.5 미발생
비교강4 29.8 51.2 정립 2.1 미발생
비교강5 26.9 48.5 혼립(조대립) 존재 4.2 발생
비교강6 32.1 47.3 혼립 존재 4.3 미발생
비교강7 31.9 46.5 혼립 존재 5.1 미발생
위 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따르면, 필요한 인장강도를 유지하면서도 연신율이 높아 가공성이 우수하고 스트립의 전체의 재질편차가 작은 연질의 열연 스트립을 제조할 수 있다.
10: 연속주조기 20: 조압연기
30: 가열수단 40: 코일 박스
50: 마무리 압연기 60: 런아웃 테이블
70: 권취기

Claims (4)

  1. 중량%로, C: 0.01% 이하(0% 제외)의 함량을 가지고, 총 트램프원소(Cu+Cr+Ni+Sn+Pb)가 0.20% 이하(0% 제외) 포함되며, Ti, Nb의 탄질화물 형성원소가 0.001 ~ 0.10%의 범위에서 하나 이상 첨가되고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을 두께 30 ~ 150mm의 박 슬라브로 연속주조하고, 이 박 슬라브를 조압연, 가열, 마무리 압연 및 권취 단계를 통해 열연 IF(Interstitial Free)강을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 마무리 압연 단계는 마무리 압연기의 입측 온도가 930℃ 이하가 되고 출측 온도가 750 ~ 850℃가 되도록 하여 페라이트 영역에서 마무리 압연을 하며,
    상기 권취 단계는 650 ~ 730℃의 온도에서 권취하는 것을 특징을 하는 가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 IF강 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연속주조 단계는 주조속도가 4.5 mpm 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 IF강 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 조압연 단계는 조압연기 입측에서의 박 슬라브 표면온도가 950 ~ 1100℃가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 IF강 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 조압연 단계는 조압연 시의 누적 압하율이 65 ~ 90%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 가공성 및 폭방향 재질 편차가 우수한 열연 IF강 제조방법.
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