KR20130013563A

KR20130013563A - 열연강판 제조방법

Info

Publication number: KR20130013563A
Application number: KR1020110075274A
Authority: KR
Inventors: 이승하; 고강희; 도형협
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-02-06

Abstract

본 발명에 따른 열연강판 제조방법은, 탄소(C) : 0.19~0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.00~1.40 중량%, 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.010~0.050 중량%, 티타늄(Ti) : 0.010~0.050 중량%, 크롬(Cr) : 0.10~0.40 중량%, 질소(N) : 0.0080 중량% 이하, 붕소(B) : 0.0010~0.0050 중량%, 탄소당량(carbon equivalent) : 0.43~0.50로 이루어진 슬라브 판재를 열간 압연하는 단계 및, 상기 열간 압연된 판재를 냉각하는 냉각 단계 및, 상기 냉각 단계를 완료한 후에, 520~560℃의 권취 온도에서 상기 판재를 코일 형태로 권취하는 단계를 포함한다.

Description

열연강판 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING THE HOT-ROLLED STEEL SHEET}

본 발명은 열연강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코일의 찌그러짐 발생을 억제할 수 있는 열연강판 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열연 코일은 생산된 후, 권취 과정을 거쳐 냉각장(cooling yard)에서 자연 냉각된다.

이때, 고온의 열연 코일은 자연 냉각 중 자체 하중으로 인해 찌그러짐이 발생하며, 그 결과 전체적인 열연 코일의 단면 형상이 짱구 형상과 같이 찌그러진 타원 단면 형상으로 변태 된다.

상기와 같이 형상이 변태된 코일의 경우 스킨 패스(skin pass) 작업 등의 후 공정 시, 그 변형된 형상으로 인하여 공정 작업 속도를 저하시켜, 작업 능률 저하 및 제품 품질 저하 등의 제조 상 악영향을 유발하기도 하는데, 그 변형된 형상의 정도가 극심할 경우에는 열연 코일을 스크랩 처리해야 하는 경우가 발생되기도 한다.

본 발명과 관련된 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 10-2003-0042798(2003년 06월 02일)이 있으며, 상기 문헌에는 고탄소강 열연코일의 짱구코일 발생 방지를 위한 저온압연방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 탄소 함량이 높은 열연강판을 제하되, 코일의 찌그러짐 발생을 억제할 수 있는 열연강판 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 찌그러짐 발생이 억제되어 형상불량, 조관 생산성 저하를 방지할 수 있는 열연강판을 제공하는 것이다.

본 발명은 탄소(C) : 0.19~0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.00~1.40 중량%, 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.010~0.050 중량%, 티타늄(Ti) : 0.010~0.050 중량%, 크롬(Cr) : 0.10~0.40 중량%, 질소(N) : 0.0080 중량% 이하, 붕소(B) : 0.0010~0.0050 중량%, 탄소당량(carbon equivalent) : 0.43~0.50로 이루어진 슬라브 판재를 열간 압연하는 단계 및, 상기 열간 압연된 판재를 냉각하는 단계 및, 상기 냉각하는 단계를 완료한 후에, 520~560℃의 권취 온도에서 상기 판재를 코일 형태로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 판재는 520℃의 권취 온도에서 인장강도(TS) 680 MPa, 항복점(YP) 515 MPa, 연신률(EL) 20%, 비커스 경도(Hv) 220을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 판재는 560℃의 권취 온도에서 인장강도(TS) 611 MPa, 항복강도(YP) 408 MPa, 연신률(EL) 28%, 비커스 경도(Hv) 197을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 판재는 520~560℃의 권취 온도에서 페라이트(ferrite)와 베이나이트(Bainite) 조직이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열간 압연하는 단계 이전에는 상기 슬라브 판재를 재가열하는 단계가 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 재가열하는 단계는 1150~1250℃에서 실시되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열간 압연하는 단계는 800~850℃의 마무리 압연 온도로 실시되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각하는 단계는 1~50℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명은 탄소 함량이 높은 열연강판을 제조하되, 코일의 찌그러짐 발생을 억제할 수 있고, 이에 따라 권취된 코일의 형상불량, 조관 생산성 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 열연강판 제조방법의 단계를 보여주기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열연강판 제조방법에서 슬라브 판재의 성분을 보여주기 위한 표이다.
도 3은 본 발명에 따른 열연강판 제조방법에서 온도와 시간에 따른 강도변화를 보여주기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 열연강판 제조방법에서 권취 온도 520℃와 560℃에서 슬라브 판재의 인장강도(TS), 항복강도(YP), 연신률(EL) 및, 비커스 경도(Hv)를 보여주기 위한 표이다.
도 5는 본 발명에 따른 열연강판 제조방법에서 권취 온도 520℃와 권취 온도 560℃에서 권취된 슬라브 판재의 형상을 보여주기 위한 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 열연강판 제조방법에서 권취 온도 520℃와 560℃에서 슬라브 판재의 표면을 확대하여 보여주기 위한 이미지이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 열연강판 제조방법의 단계에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 슬라브 판재를 열간 압연하는 단계(S100)가 이루어진다.

상기 열간 압연하는 단계(S100)는, 슬라브 판재를 열간 압연하며, 마무리 압연 온도(FDT)가 800~850 ℃가 되도록 실시되는 것이 바람직하다.

만약, 마무리 압연 온도가 800℃ 미만인 경우에는, 이상 역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.

반대로, 압연 마무리 온도가 850℃를 초과할 경우에는, 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않아, 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.

판재는, 탄소(C) : 0.19~0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.00~1.40 중량%, 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.010~0.050 중량%, 티타늄(Ti) : 0.010~0.050 중량%, 크롬(Cr) : 0.10~0.40 중량%, 질소(N) : 0.0080 중량% 이하, 붕소(B) : 0.0010~0.0050 중량%, 탄소당량(carbon equivalent) : 0.43~0.50로 이루어진다.

본 발명에 따른 슬라브 판재는, 상기의 합금조성 및 후술하는 공정조건 제어에 따라 다양한 물성을 가질 수 있으며, 코일의 단경이 달라질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 판재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

강도를 확보하기 위하여 첨가된다. 본 발명에 따른 열연강판은 고탄소강에 속하며, 이를 보증하기 위하여 탄소는 최소 0.19 중량% 포함된다.

다만, 탄소 함량이 0.27 중량%를 초과하는 경우, 용접성 및 인성이 저하된다.

따라서, 상기 탄소는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.19~0.27 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

실리콘(Si)

본 발명에서 실리콘은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가되며, 또한 시멘타이트 구상화에 효과적인 원소이다.

그러나, 본 발명에 따른 열연강판에서 실리콘의 첨가량이 0.50 중량%를 초과하는 경우, 강의 용접성을 떨어뜨린다.

그리고, 슬라브 재가열 및 열간압연 시에 적 스케일을 생성시킴으로써, 표면품질에 문제를 줄 수 있다. 또한 용접 후 도금성을 저해하는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 상기 실리콘은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.50 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

망간(Mn)

고용강화 원소로써 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도확보에 효과적인 원소이다.

또한, 망간은 오스테나이트(austenite) 안정화 원소로써 페라이트, 펄라이트 변태를 지연시킴으로써 페라이트의 결정립 미세화에 기여한다.

망간의 첨가량이 1.00 중량% 미만인 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다.

반대로, 망간의 첨가량이 1.40 중량%를 초과하는 경우, 용접성을 크게 떨어뜨리며 게재물 생성 및 중심편석 등을 유발하는 문제점이 있다.

따라서, 상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 1.00~1.40 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

인(P)

제조되는 열연강판의 강도를 증가시키는데 일부 기여하지만, 0.02 중량%를 초과하는 겨우, 용접성이 악화되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서 인(P)은 열연강판 전체 중량의 0.020 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

대표적인 불가피한 불순물로서, 0.01 중량%를 초과하는 경우 강의 용접성을 저해하고, MnS 비금속 개재물을 증가시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킨다.

따라서, 본 발명의 황은 열연강판 전체 중량의 0.010 중량% 이하로 제한하였다.

알루미늄(Al)

실리콘(Si)이나 망간(Mn)에 비해 우수한 탈산 기능을 가짐으로써 제강공정 시 용강 중에 산소 제거에 효과적인 원소이다.

알루미늄의 첨가량이 0.010 중량% 미만인 경우 탈산 효과 등이 충분치 못하다. 반대로 알루미늄의 첨가량이 0.050 중량%를 초과하는 경우 펄라이트 변태시 시멘타이트의 구상화를 방해함으로써 절삭성을 저하시키는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서의 알루미늄은, 열연강판 전체 중량의 0.010~0.050 중량%으로 첨가되는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)

상기 티타늄의 함량은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.010 ~ 0.050 중량%인 것이 바람직하다.

티타늄이 0.010 중량% 미만으로 첨가되면 그 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄이 0.050 중량%를 초과할 경우 강중의 탄소와 결합하여 항복비를 높이는 문제점이 있다.

크롬(Cr)

페라이트 안정화 원소로 강도 향상에 기여한다. 또한 크롬은 δ페라이트영역을 확대하고, 아포정(hypo-peritectic)역을 고탄소 측으로 이행시켜 슬라브 표면품질을 개선하는 역할을 한다.

상기 크롬의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 미미하다. 반대로, 크롬의 함량이 0.40 중량%를 초과하는 경우에는 용접 열영향부(HAZ) 인성 열화를 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 상기 크롬은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.10 ~ 0.40 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

질소(N)

불가피한 불순물로서, 다량 첨가시 고용 질소가 증가하여 강의 연신율 및 성형성이 떨어뜨리는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서의 질소(N)는, 열연강판 전체 중량의 0.0080 중량% 이하로 제한하였다.

붕소(B)

붕사와 붕산의 주성분이 되는 비금속 원소이다. 검은 빛을 띤 갈색의 금속광택을 지닌 무정형 고체로 다이아몬드 다음으로 단단하다. 천연으로는 붕사나 붕산과 같은 화합물로 산출된다.

본 발명에서의 붕소(B)는, 절연강판 전체 중량의 0.0010~0.0050 중량%인 것이 바람직하다.

한편, 열간 압연하는 단계(S100)의 이전에, 슬라브 재가열하는 단계(S101)가 더 포함될 수 있다.

상기 슬라브 재가열하는 단계(S101)는, 슬라브 판재의 재가열을 통하여 주조시 편석된 성분을 재고용하기 위하여 실시될 수 있다.

이때, 슬라브 재가열하는 단계(S101)는, 슬라브 판재 재가열 온도(SRT)는 1150 ~ 1250℃에서, 1~3시간 정도 실시되는 것이 바람직하다.

만약, 슬라브 재가열 온도가 1150℃ 미만일 경우에는, 주조시 편석된 성분이 재고용되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 슬라브 재가열 온도가 1250℃를 초과하는 경우에는, 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 페라이트 입도가 조대화 되면서 강도가 감소한다.

또한, 과도한 가열 공정으로 인하여 강의 제조 비용을 증가시킬 수 있다.

다음으로, 열간 압연된 판재를 냉각하는 단계(S102)가 진행된다.

상기 냉각하는 단계(S102)에서는, 열간압연이 완료된 판재를 냉각한 후 정해진 권취 온도에서 권취(coiling)한다.

이때, 냉각은 1℃/sec 미만의 평균냉각속도의 경우 생산성이 저하되고, 50℃/sec를 초과하는 평균냉각속도의 경우 충분한 페라이트 형성이 어려운 점 등을 고려할 때 1~50℃/sec의 평균냉각속도로 실시될 수 있다.

그러나, 평균냉각속도가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 목표로 하는 재질에 따라 다양한 평균냉각속도로 실시될 수 있다.

또한, 냉각 방식은 공냉, 수냉, 이들의 혼용 방식 등 다양한 방식으로 실시될 수 있다. 이때, 냉각은 열간 압연된 판재를 권취 온도까지 공냉 방식으로 서냉시키는 것이 적절하다.

최종적으로, 열간 압연된 판재를 냉각하는 단계(S102)를 완료한 후, 520~560℃의 권취 온도에서 상기 판재를 코일 형태로 권취하는 단계(S200)가 이루어진다.

즉, 권취하는 단계(S200)에서의 권취 온도는 상대적으로 높은 온도 영역에 해당하는 520~560℃에서 실시되는데, 이처럼 권취 온도가 높아지는 경우, 페라이트 결정립 크기가 증가하고 가공경화지수(n-value)가 증가하게 된다.

만일, 권취하는 단계(S200)에서 권취 온도가 560℃를 초과할 경우, 결정립 크기가 매우 커지게 되어 강도가 저하되는 문제가 생길 수 있다.

반면, 권취하는 단계(S200)에서 권취 온도가 520℃ 미만일 경우, 페라이트 결정립 크기의 감소와 더불어 페라이트 내의 탄소 고용도가 증가하게 된다.

그리고, 미세립의 형상도 침상(acicular) 타입으로 바뀌면서 강도는 증가하지만, 연신율이 감소하는 문제를 수반한다.

이와 같은 상기 판재는, 520℃의 권취 온도에서 인장강도(TS, Tensile Strength) 680 MPa, 항복점(YP, Yield point) 515 MPa, 연신률(EL, elongation) 20%, 비커스 경도(Hv) 220을 갖는다.

또한, 상기 판재는 560℃의 권취 온도에서 인장강도(TS) 611 MPa, 항복강도(YP) 408 MPa, 연신률(EL) 28%, 비커스 경도(Hv) 197을 갖는다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 판재는 인장강도(TS), 항복강도(YS) 및 연신율(EL)이 목표값을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.

코일의 단경(Da)은 코일(210)의 하중에 의하여 발생하며, 통상 코일의 단경 이 740mm 미만일 경우 코일의 찌그러짐이 문제된다. 따라서 코일의 단경(Da)이 740mm이상이 되도록 권취하는 것이 바람직하다.

탄소당량(Carbon Equivalent, Ceq, C.E)은 철강재료의 열영향부(HAZ)의 경화에 대한 각 합금원소의 효과(조직, 기계적 성질에 미치는)를 탄소(C)의 그것을 1로 하였을 때의 비율을 경험적으로 구하고, 그 비율에 의해 각 합금 원소량을 탄소(C)량으로 환산하여 본래의 탄소(C)량에 더하여 계산한다.

탄소당량은 HAZ의 경화기준으로서만이 아니라 실제의 용접시공에서 용접재료의 선택이나 예열이나 용접 후열처리 등의 여부를 판단하는 기준으로서 널리 사용되며, 강재의 저온균열 감수성을 평가하는 데에도 이용된다. 즉, 탄소당량이 낮을수록 용접성이 좋은 것이다.

결과적으로, 본 발명은 탄소 함량이 높은 열연강판을 제조하되, 코일의 찌그러짐 발생을 억제할 수 있고, 이에 따라, 형상불량, 조관 생산성 저하를 방지할 수 있다.

지금까지 본 발명의 열연강판 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

탄소(C) : 0.19~0.27 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.00~1.40 중량%, 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.010~0.050 중량%, 티타늄(Ti) : 0.010~0.050 중량%, 크롬(Cr) : 0.10~0.40 중량%, 질소(N) : 0.0080 중량% 이하, 붕소(B) : 0.0010~0.0050 중량%, 탄소당량(carbon equivalent) : 0.43~0.50로 이루어진 슬라브 판재를 열간 압연하는 단계;
상기 열간 압연된 판재를 냉각하는 단계; 및
상기 냉각하는 단계를 완료한 후에, 520~560℃의 권취 온도에서 상기 판재를 코일 형태로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 판재는,
520℃의 권취 온도에서 인장강도(TS) 680 MPa, 항복점(YP) 515 MPa, 연신률(EL) 20%, 비커스 경도(Hv) 220을 갖는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 판재는,
560℃의 권취 온도에서 인장강도(TS) 611 MPa, 항복강도(YP) 408 MPa, 연신률(EL) 28%, 비커스 경도(Hv) 197을 갖는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 판재는,
520~560℃의 권취 온도에서 페라이트(ferrite)와 베이나이트(Bainite) 조직이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 열간 압연하는 단계의 이전에는,
상기 슬라브 판재를 재가열하는 단계(S101)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 재가열하는 단계는,
1150~1250℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 열간 압연하는 단계는,
800~850℃의 마무리 압연 온도로 실시되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각하는 단계는,
1~50℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조방법.