KR20130046942A

KR20130046942A - 고강도 열연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130046942A
Application number: KR1020110111623A
Authority: KR
Inventors: 한성경; 천부현; 김성주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08
Also published as: KR101368547B1

Abstract

인장강도 980MPa 이상의 초고강도를 가지면서 합금 성분 저감을 통하여 용접성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.15%, 실리콘(Si) : 0.001~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 질소(N) : 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃로 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 750~950℃의 마무리압연온도로 열간 압연하는 단계; 및 (c) 상기 열간압연된 판재를 150~350℃까지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 열연강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH HOT-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE HOT-ROLLED STEEL SHEET}

본 발명은 자동차 부품 등에 적용되는 고강도 열연강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 저감을 통하여 용접성이 우수하면서도 980~1180MPa 이상의 초고강도를 나타낼 수 있는 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 업계는 연비 향상 및 CO2 저감을 위하여 소재의 경량화를 요구하고 있다. 이에 따라, 자동차 부품에 적용되는 강판은 경량화를 위하여 고강도화되고 있다.

자동차 부품들 중에서 구조부재나 범퍼보강재 등에 사용되는 소재는 주로 인장강도 590~780MPa 정도의 냉연강판이 적용되고 있다. 그러나, 냉연강판의 경우, 열연공정 후 냉연공정, 소둔 처리 공정 등 다른 후속 공정이 요구되므로 제조비의 상승을 가져온다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0046708호(2002.06.21. 공개)가 있다.

본 발명의 목적은 냉연 및 열처리 공정이 적용되지 않고도, 인장강도 980~1180MPa 이상의 초고강도를 나타낼 수 있으며, 용접성이 우수한 고강도 열연강판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 합금원소 저감을 통하여 용접성이 우수한 고강도 열연강판을 제공하는 것이다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.15%, 실리콘(Si) : 0.001~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 질소(N) : 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃로 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 750~950℃의 마무리압연온도로 열간 압연하는 단계; 및 (c) 상기 열간압연된 판재를 150~350℃까지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬라브 판재는 중량%로, 니오븀(Nb) : 0.01~0.05%, 바나듐(V) : 0.02~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.5% 및 보론(B) : 0.0005~0.003% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계에서, 냉각은 150~300℃/sec의 평균냉각속도로 실시될 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계 이후, 제조된 열연강판을 산세 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.15%, 실리콘(Si) : 0.001~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 질소(N) : 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 면적률로 90% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 강판은 중량%로, 니오븀(Nb) : 0.01~0.05%, 바나듐(V) : 0.02~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.5% 및 보론(B) : 0.0005~0.003% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 강판의 미세조직은 페라이트 및 베이나이트 중 하나 이상을 포함하는 제2상이 면적률로 10% 이하로 포함될 수 있다.

또한, 상기 강판의 미세조직은 면적률로 3% 이하의 펄라이트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 강판은 인장강도 : 980MPa 이상, 항복강도 : 850MPa 이상, 연신율 5% 이상 및 비커스 경도(Hv) 350 이상을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 고강도 열연강판 제조 방법은 합금 성분 및 열연공정 제어를 통하여 인장강도 980MPa 이상을 초고강도 열연강판을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 열연강판은 합금성분의 저감을 통하여 용접성을 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 열연시편의 아크 용접성 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 980MPa급 냉연재의 아크 용접성 테스트 결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

고강도 열연강판

본 발명에 따른 고강도 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.15%, 실리콘(Si) : 0.001~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~2.0% 및 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%을 포함하고, 불순물로서 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하 및 질소(N) : 0.01% 이하를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 열연강판은 강도 향상 등을 위하여, 중량%로, 니오븀(Nb) : 0.01~0.05%, 바나듐(V) : 0.02~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.5% 및 보론(B) : 0.0005~0.003% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 성분들 외에 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하 본 발명에 따른 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.

탄소(C)

탄소(C)는 강의 강도 증가에 기여하는 원소이다.

상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.05~0.15중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소 첨가량이 0.05중량% 미만인 경우, 원하는 강도를 확보하기 어렵다. 반대로, 탄소 첨가량이 0.15중량%를 초과하는 경우, 용접성 및 인성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 강도 확보에 기여하며, 또한 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0.001~0.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.001중량% 미만일 경우 실리콘 첨가에 따른 탈산 효과 및 강도 향상 효과가 불충분하다. 반대로 실리콘의 첨가량이 0.5 중량%를 초과할 경우 용접성 및 도금성이 저하되는 문제점이 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간의 첨가는 탄소의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다.

상기 망간은 강판 전체 중량의 1.0~2.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간이 첨가량이 1.0중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 2.0중량%를 초과하는 경우, MnS계 비금속개재물을 과다하게 생성하여, 용접시 크랙 발생 등 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 상기의 실리콘과 함께 강 중 탈산을 위해 첨가한다.

상기 알루미늄은 강판 전체 중량의 0.02~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 첨가량이 0.02중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄의 첨가량이 0.05중량%를 초과할 경우에는 연주성이 저해될 수 있다.

인(P)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 강판 제조시 편석 가능성이 큰 원소로서, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 용접성을 악화시킬 수 있다.

이에 본 발명에서는 인의 함량을 강판 전체 중량의 0.02 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 망간과 결합하여 MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하여 용접성을 저해하고, 성형시 가공성을 저해하는 요소이다.

따라서, 본 발명에서는 황의 함량을 강판 전체 중량의 0.005 중량% 이하로 제한하였다.

크롬(Cr)

본 발명에서 크롬(Cr)은 페라이트를 안정화하여 연신율을 향상시키며, 강도 향상에 기여하나, 과다 함유될 경우 강도 대비 연성을 크게 저하시키는 원인이 된다.

이에 본 발명에서는 크롬의 함량을 강판 전체 중량의 0.05중량% 이하로 제한하였다.

질소(N)

질소(N)는 불가피한 불순물로써, 다량 함유될 경우 고용 질소가 증가하여 강판의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부의 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

이에, 본 발명에서는 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0.01중량% 이하로 제한하였다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 석출물 형성원소로서 강도 확보에 유효하게 작용한다.

상기 니오븀이 첨가될 경우, 그 함량은 강판 전체 중량의 0.01~0.05중량%로 제한되는 것이 바람직하다. 니오븀의 첨가량 0.01중량% 미만일 경우 니오븀 첨가에 따른 효과가 불충분하다. 반대로, 니오븀의 함량이 0.05중량%를 초과할 경우 가공성을 저하시키는 문제점이 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 상기 니오븀과 함께 석출물 형성원소로서 강도 향상에 기여한다.

상기 바나듐이 첨가될 경우, 그 함량은 강판 전체 중량의 0.02~0.15중량%로 제한되는 것이 바람직하다. 바나듐의 첨가량이 0.02중량% 미만일 경우 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 바나듐의 첨가량이 0.15중량%를 초과하는 경우, 인성이 저하될 수 있다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴(Mo)은 소입성 원소로서, 강도 향상에 기여한다.

상기 몰리브덴이 첨가될 경우, 그 첨가량은 0.05~0.5중량%로 제한되는 것이 바람직하다. 몰리브덴의 첨가량이 0.05중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 몰리브덴이 첨가량이 0.5중량%를 초과할 경우, 강의 인성이 저하되며, 강판 제조 비용이 크게 증가할 수 있다.

보론(B)

보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 강판 전체 중량의 0.0005중량% 정도의 미량을 첨가한 경우에도 마르텐사이트 형성에 크게 기여한다. 다만, 보론이 0.003중량%를 초과하여 첨가될 경우, 인성을 저해하는 문제점이 있다.

따라서, 상기 보론이 첨가될 경우, 그 첨가량은 강판 전체 중량의 0.0005~0.003중량%로 제한되는 것이 바람직하다.

고강도 열연강판 제조 방법

이하, 상기 조성을 갖는 본 발명에 따른 열연강판 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면,도시된 열연강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120) 및 냉각/권취 단계(S130)를 포함한다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)는 반제품 상태의 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조시 편석된 성분 및 석출물을 재고용한다.

슬라브 재가열은 1150~1250℃의 슬라브 재가열 온도(SRT)에서 대략 2~4시간동안 실시되는 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도가 1150℃ 미만이면 슬라브 판재의 온도가 낮아 압연 부하가 커지는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1250℃를 초과하면 오스테나이트 결정립이 조대화되어, 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.

열간압연

열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 열간압연한다.

열간압연 단계(S120)에서 마무리 압연 온도(FDT)는 750~950℃인 것이 바람직하다. 상기 온도 범위에서 열간압연이 마무리될 경우, 열간압연 후 냉각 전 강판의 조직이 오스테나이트 상이 될 수 있다. 마무리 압연 온도가 950℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않으며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 마무리 온도가 750℃ 미만이면, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

냉각 / 권취

냉각 / 권취 단계(S130)에서는 목표로 하는 재질을 확보하기 위하여, 열간압연된 판재를 마르텐사이트 온도 영역까지 냉각한다.

냉각은 150~300℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 150℃/sec 미만일 경우, 면적율로 90% 이상의 마르텐사이트 분율을 확보하기 어렵다. 반대로, 냉각 속도가 300℃/sec를 초과할 경우, 강판의 인성 등이 저하되는 문제점이 있다.

권취 온도(CT)는 마르텐사이트 온도 영역에 해당하는 150~350℃인 것이 바람직하다. 권취 온도가 350℃를 초과하는 경우 냉각이 불충분하므로 충분한 마르텐 사이트 확보가 어려워질 수 있다. 반대로 권취 온도가 150℃ 미만일 경우 과도한 냉각으로 인하여 5% 이상의 연신율을 확보하기 어렵다.

상기 과정들(S110 ~ S130)을 포함하여 열연강판을 제조한 후에는 강판 표면 스케일 제거 등을 위하여 산세 처리(Pickling and Oiling; PO)하는 단계를 더 포함할 수 있다 .

또한, 상기 과정들(S110 ~ S130)을 포함하여 제조된 열연강판은 면적률로 90% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다. 상기 미세조직에는

페라이트 및 베이나이트 중 하나 이상을 포함하는 제2상이 면적률로 10% 이하로 포함될 수 있다. 또한, 상기 미세조직에는 펄라이트가 형성될 수 있는데, 이는 합금조성 및 냉각속도 등의 조절에 의하여 면적률로 3% 이하로 제한적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 과정들(S110 ~ S130)을 포함하여 제조된 본 발명에 따른 열연강판은 인장강도 980MPa 이상을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 열연강판은 항복강도 850MPa 이상, 연신율 5% 이상 및 비커스 경도(Hv) 350 이상을 가질 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 열연시편의 제조

표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정조건으로 실시예 1~2에 따른 열연 시편을 대략 2mm 두께로 제조하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

2. 기계적 특성 평가

표 3는 실시예 1~2에 따라 제조된 시편 각각의 인장시험 결과를 나타낸 것이다.

[표 3]

표 2를 참조하면, 실시예 1~2에 따른 열연 시편의 경우, 목표로 하는 인장강도 980MPa 이상, 항복강도 850MPa 이상, 연신율 5% 이상 및 비커스 경도(Hv) 350 이상을 모두 만족하고 있음을 볼 수 있다.

또한, 실시예 1에 따른 열연시편에 대한 아크 용접성 테스트를 수행한 결과, 파단위치가 열영향부로서, 용접성이 우수함을 확인할 수 있었다.

도 2는 실시예 1에 따른 열연시편의 아크 용접성 테스트 결과를 나타낸 것이고, 도 3은 980MPa급 냉연재의 아크 용접성 테스트 결과를 나타낸 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 실시예 1에 따른 열연시편의 경우, 기존 냉연재에 비하여 용접정상범위(도 2 및 도 3에서 ● 표시 부위)가 매우 넓은 것을 볼 수 있다.

이는 본 발명에 따른 열연강판의 경우 냉연재에 비하여 저합금재이므로, 이에 따라 용접성이 우수한 것으로 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 열연강판은 우수한 강도 및 용접성을 통하여, 현재 자동차 구조부재로 사용되고 있는 초고강도 냉연강판을 대체할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 열연강판 제조 방법은 냉연 공정 및 열처리 공정을 적용하지 않고도, 합금량 저감 및 열연 공정 제어를 통하여 인장강도 980MPa 이상의 초고강도를 가지면서 또한 용접성이 우수한 열연강판을 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 고강도 열연강판은 냉연강판 등에 비하여 상대적으로 낮은 제조 비용으로도 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있어, 자동차 부품 소재 등으로 활용되기에 적합하다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각/권취 단계

Claims

(a) 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.15%, 실리콘(Si) : 0.001~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 질소(N) : 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃로 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 판재를 750~950℃의 마무리압연온도로 열간 압연하는 단계; 및
(c) 상기 열간압연된 판재를 150~350℃까지 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브 판재는
중량%로, 니오븀(Nb) : 0.01~0.05%, 바나듐(V) : 0.02~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.5% 및 보론(B) : 0.0005~0.003% 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 냉각은
150~300℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후,
제조된 열연강판을 산세 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판 제조 방법.
중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.15%, 실리콘(Si) : 0.001~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.05%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 질소(N) : 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
면적률로 90% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
중량%로, 니오븀(Nb) : 0.01~0.05%, 바나듐(V) : 0.02~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.5% 및 보론(B) : 0.0005~0.003% 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
제5항에 있어서,
상기 강판의 미세조직은
페라이트 및 베이나이트 중 하나 이상을 포함하는 제2상이 면적률로 10% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
제7항에 있어서,
상기 강판의 미세조직은
면적률로 3% 이하의 펄라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
인장강도 : 980MPa 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
제9항에 있어서,
상기 강판은
항복강도 : 850MPa 이상, 연신율 5% 이상 및 비커스 경도(Hv) 350 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.