KR20140005359A - 고탄소 박강판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.5 ％, Si : 1.0 ％ 이하, Mn : 2.0 ％ 이하, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하, sol.Al : 0.08 ％ 이하, N : 0.02 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성과, 페라이트와 세멘타이트로 이루어지는 미크로 조직을 갖고, 강판의 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역에 있어서의 상기 페라이트의 평균 입경 ds 와, 강판의 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역에 있어서의 상기 페라이트의 평균 입경 dc 가 각각 20 ∼ 40 ㎛ 이고, 또한 0.80≤ds/dc≤1.20 을 만족하고, 상기 세멘타이트의 평균 입경이 1.0 ㎛ 이상, 구상화율이 90 ％ 이상이고, 입자수비로 90 ％ 이상의 세멘타이트가 페라이트 입자 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 연질의 고탄소 박강판.
Description
본 발명은 고탄소 박강판 (high carbon steel sheet), 특히 0.20 ∼ 0.50 질량％ 의 C 를 함유하는 연질의 고탄소 박강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고탄소 박강판은, 여러 가지 형상으로 가공된 후, 경질화를 위한 열처리가 실시되어 기계 구조 부품 등에 사용되는 것이 일반적이다. 이 중, C 함유량이 0.2 ∼ 0.5 질량％ 인 고탄소 박강판은, 세멘타이트의 구상화 어닐링 (spheroidizing) 을 실시하면 연질화할 수 있어, 판금 (板金) 가공 소재로서 바람직하다.
자동차의 구동계 부품에 있어서는, 부품 제조 비용의 저감을 위해, 주조품 혹은 단조품에 절삭이나 접합과 같은 2 차 가공을 실시하여 제조되고 있는 부품을 대상으로, 생산성이 우수한 판금 가공에서의 일체 성형화가 폭 넓게 검토되고 있다. 그 때문에, 이러한 부품의 소재로서, 0.2 ∼ 0.5 질량％ 의 C 를 함유하는 연질이고 가공성이 우수한 고탄소 박강판이 요구되고 있으며, 이미 몇 가지 기술이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, C : 0.1 ∼ 0.8 질량％ 를 함유하는 아공석강 (hypo-eutectoid steel) 의 열연 강판에 15 ％ 초과 30 ％ 이하의 경압하 냉간 압연 (light reduction cold rolling) 을 실시하고, 이어서 3 단계 어닐링을 실시하는 중·고탄소 강판의 연질화 방법이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는, 질량％ 로, C : 0.10 ∼ 0.80 ％, Si : 0.005 ∼ 0.30 ％, Mn : 0.20 ∼ 1.60 ％, sol.Al : 0.005 ∼ 0.100 ％, N : 0.0010 ∼ 0.0100 ％, Ti : 0.001 ∼ 0.050 ％, 또한 소정의 조건식을 만족하는 강 조성을 갖고, 강 중의 평균 페라이트 입경과 형상이 소정의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 연질이고 열처리 변형이 작은 고탄소 강대가 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 3 에는, 질량％ 로, C : 0.2 ∼ 0.7 ％, Si : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 1.0 ％, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.035 ％ 이하, Al : 0.08 ％ 이하, N : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 페라이트 평균 입경이 20 ㎛ 이상, 입경 10 ㎛ 이상의 페라이트 입자의 체적 비율 이 80 ％ 이상, 탄화물 (세멘타이트) 평균 입경이 0.10 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 미만인 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 극연질 고탄소 열연 강판이 제시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1 내지 3 에 기재된 기술에는 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 특허문헌 1 에 기재된 중·고탄소 강판의 연질화 방법은, 열연 강판에 압하율 15 ％ 초과 30 ％ 이하의 경압하 냉간 압연을 실시한 후 어닐링함으로써, 가공 변형에 의해 어닐링시의 재결정화를 촉진하여 연질화를 도모하는 것이다. 단, 압하율이 작은 경압하 냉간 압연에서는, 피압연재인 강판의 표층부에는 비교적 다량의 변형이 도입되지만, 판두께 중앙부에는 소량의 변형만 도입되어, 도입되는 압연 변형의 분포가 판두께 방향으로 불균일해진다. 그 때문에, 어닐링 후의 강판도 판두께 방향으로 불균일한 조직·특성을 갖는 것이 되기 쉽다. 또, 냉간 압연 후의 어닐링이, Ac1 변태점 바로 아래 및 바로 위의 특정 온도 범위에 있어서의 가열을 조합한 3 단계의 것으로, 어닐링시의 온도 제어가 복잡하고, 이 점에서도 강판 특성의 불균일을 일으키기 쉽다.
또, 특허문헌 2 에 기재된 기술은, 소정의 조성을 갖는 강을, 소정의 조건으로 열간 압연하여 권취하고, 분위기 중의 수소 농도가 90 ％ 이상인 조건으로 상자 어닐링하거나, 혹은 다시 압하율 5 ∼ 30 ％ 의 냉간 압연을 조합하여, 평균 페라이트 입경이 35 ㎛ 초과 100 ㎛ 미만이고, 페라이트 입자가 소정의 전신 (展伸) 형상을 갖는 강판을 얻는 것이다. 그 때문에, 이른바 수소 어닐링이 필수이며, 실시 가능한 어닐링 설비가 한정된다. 또, 압하율 5 ∼ 30 ％ 의 냉간 압연을 조합하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 도입되는 압연 변형의 분포가 판두께 방향에서 불균일해져, 어닐링 후의 강판이 판두께 방향으로 불균일한 조직·특성을 갖는 것이 되기 쉽다.
특허문헌 3 에 기재된 기술은, 소정의 조성을 갖는 강을, 조 (粗) 압연한 후, 최종 패스의 압하율을 10 ％ 이상, 또한 마무리 온도를 (Ar3－20 ℃) 이상으로 하는 마무리 압연을 실시하고, 이어서 소정의 조건으로 냉각시켜 권취하고, 산세 후에 상자 어닐링하여, 소정 입경의 페라이트 및 탄화물을 갖는 조직의 강판을 얻는 것이다. 이 기술에서는, 앞서 서술한 종래 기술과는 상이하여, 경압하 냉간 압연을 사용하지 않고, 열간 압연의 최종 패스 조건을 한정함으로써, 구상화 어닐링시의 입성장 (粒成長) 구동력을 높여, 강판의 연질화를 도모하고 있다. 단, 마무리 압연 후에, 120 ℃/s 초과의 냉각 속도로 600 ℃ 이하의 온도까지 냉각시키는 것이 필요하여, 냉각 능력이 매우 높은 설비가 없으면 실시할 수 없고, 냉각 불균일의 영향을 받기 쉬워, 역시 얻어지는 강판의 특성이 불균일해지기 쉽다.
본 발명은 0.20 ∼ 0.50 질량％ 의 C 를 함유하고, 판두께 방향으로 균질하고, 우수한 가공성을 갖는 연질의 고탄소 박강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기의 목적으로 하는 고탄소 박강판에 대하여 예의 검토한 결과, 이하의 것을 알아내었다.
ⅰ) 페라이트와 세멘타이트로 이루어지는 미크로 조직으로 하고, 어닐링 후의 페라이트의 입경과 세멘타이트의 입경을 적당히 크게 함과 함께, 판두께 방향의 페라이트의 입경 분포를 균일화함으로써, 연질화와 판두께 방향의 균질화를 동시에 도모할 수 있다.
ⅱ) 또한, 세멘타이트의 구상화율과 페라이트 입자 내에 존재하는 세멘타이트 비율을 증대시킴으로써, 가공성의 저하를 억제할 수 있다.
ⅲ) 그것에는, 열간 압연 후의 강판을 냉각시킬 때, 고온역을 완냉각 후, 단시간의 강냉각을 실시하는 2 단계의 냉각 패턴으로 냉각시킨 후, 저압하율의 냉간 압연을 실시하여 어닐링하는 것이 효과적이다.
본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.50 ％, Si : 1.0 ％ 이하, Mn : 2.0 ％ 이하, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하, sol.Al : 0.08 ％ 이하, N : 0.02 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성과, 페라이트와 세멘타이트로 이루어지는 미크로 조직을 갖고, 강판의 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역에 있어서의 상기 페라이트의 평균 입경 ds 와 강판의 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역에 있어서의 상기 페라이트의 평균 입경 dc 가 각각 20 ∼ 40 ㎛ 이고, 또한 0.80≤ds/dc≤1.20 을 만족하고, 상기 세멘타이트의 평균 입경이 1.0 ㎛ 이상, 구상화율이 90 ％ 이상이고, 입자수비로 90 ％ 이상의 세멘타이트가 페라이트 입자 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 연질의 고탄소 박강판을 제공한다.
본 발명의 고탄소 박강판에서는, 상기의 화학 조성에 더하여, 추가로 질량％ 로, Cr : 0.1 ∼ 1.5 ％, Mo : 0.1 ∼ 0.5 ％, Ni : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.03 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.03 ％, V : 0.01 ∼ 0.03 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종을 함유시킬 수 있다.
상기 Si 함유량은, 질량％ 로, 0.1 ％ 이상, 0.5 ％ 이하인 것이 바람직하다. 상기 Mn 함유량은, 질량％ 로, 0.2 ％ 이상, 1.0 ％ 이하인 것이 바람직하다. 상기 세멘타이트는, 1.0 ㎛ 이상, 3.0 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 세멘타이트의 구상화율은, 장경/단경인 단면 어스펙트비가 3 이하인 세멘타이트 입자수의 전체 세멘타이트 입자수에 대한 비율이다.
연질의 고탄소 박강판은, 150 이하의 비커스 경도를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 고탄소 박강판은, 상기의 화학 조성을 갖는 강편을, Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연 후, 25 ∼ 50 ℃/s 의 평균 냉각 속도로 550 ∼ 650 ℃ 의 1 차 냉각 정지 온도까지 1 차 냉각시키고, 이어서, 120 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각 시간을 1 s 이내로 하여 500 ∼ 600 ℃ 의 2 차 냉각 정지 온도까지 2 차 냉각시켜 권취하여, 강판 표층의 스케일을 제거 후, 20 ∼ 30 ％ 의 압하율로 냉간 압연하고, 680 ℃ 이상 Ac1 변태점 미만의 어닐링 온도에서 20 h 이상 유지하여 어닐링함으로써 제조할 수 있다.
상기 2 차 냉각의 평균 냉각 속도는, 120 ℃/s 이상, 300 ℃/s 이하인 것이 바람직하다.
상기 어닐링 온도의 유지 시간은, 30 h 이상, 50 h 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 0.20 ∼ 0.50 질량％ 의 C 를 함유하고, 판두께 방향으로 균질하고, 우수한 가공성을 갖는 연질의 고탄소 박강판을 제조할 수 있게 되었다.
본 발명의 고탄소 박강판 및 그 제조 방법의 한정 이유에 대하여, 이하에 상세히 서술한다.
(1) 화학 조성
이하, 성분 원소의 함유량의 단위인 ％ 는, 질량％ 를 의미하는 것으로 한다.
C : 0.20 ∼ 0.50 ％
C 는 퀀칭 (quenching) 후의 강도를 높이기 위한 필수 원소이다. C 량이 0.20 ％ 미만에서는, 기계 구조 부품으로서 필요한 강도가 얻어지지 않는다. 한편, C 량이 0.50 ％ 를 초과하면, 강판이 어닐링 후에도 과도하게 고강도가 되어 가공성이 저하되고, 퀀칭 후의 부품의 취화나 치수 불량을 초래한다. 따라서, C 의 함유량은 0.20 ∼ 0.50 ％ 로 한정한다. 바람직하게는 0.25 ∼ 0.45 ％ 이다.
Si : 1.0 ％ 이하
Si 는 강을 탈산시키는 작용이나 퀀칭 후의 템퍼링 연화 저항을 높이는 작용을 갖는다. 이들 작용을 얻는 데에 있어서는, Si 는 0.1 ％ 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Si 의 과잉 함유는, 강판을 과도하게 고강도화하거나, 강판의 표면 성상을 열화시키므로, Si 의 함유량은 1.0 ％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.5 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.3 ％ 이하이다.
Mn : 2.0 ％ 이하
Mn 은 퀀칭성을 높이는 작용이나 퀀칭 후의 템퍼링 연화 저항을 높이는 작용이 있고, 이 작용을 얻는 데에 있어서는, 0.2 ％ 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하고, 나아가서는 0.3 ％ 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mn 의 과잉 함유는, 강판의 가공성의 대폭적인 저하를 초래하기 때문에, Mn 의 함유량은 2.0 ％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 1.0 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.8 ％ 이하이다.
P : 0.03 ％ 이하
P 는 강판의 가공성이나 열처리 후의 인성을 저하시키기 때문에, P 의 함유량은 0.03 ％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이하이다.
S : 0.02 ％ 이하
S 는 강판의 가공성이나 열처리 후의 인성을 저하시키기 때문에, S 의 함유량은 0.02 ％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.01 ％ 이하이다.
sol.Al : 0.08 ％ 이하
Al 은 강의 탈산을 위해 첨가되는 원소로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 단, sol.Al 량이 0.08 ％ 를 초과하는 Al 의 첨가는, 개재물의 증가를 초래하여, 강판의 가공성의 저하를 초래한다. 그 때문에, sol.Al 의 함유량은 0.08 ％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.04 ％ 이하이다. 또, 강판이 고온으로 유지되는 경우, 강 중에서 AlN 이 형성되고, 퀀칭 가열시에 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하여, 퀀칭성을 낮추는 경우가 있다. 특히, 강판을 질소 분위기 중에서 고온 유지하는 경우에는, 분위기로부터 강 중에 침입한 N 에 의해 상기 작용이 현저화되기 쉽다. AlN 의 형성에서 기인되는 이와 같은 퀀칭성의 저하를 피하기 위해서도, sol.Al 량은 0.08 ％ 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 sol.Al 량은 0.04 ％ 미만이고, 나아가서는 sol.Al 량을 0.01 ％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.
N : 0.02 ％ 이하
N 의 다량의 함유는, AlN 을 형성하여 퀀칭성을 낮추는 경우가 있다. 그 때문에, N 의 함유량은 0.02 ％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.01 ％ 이하이다.
잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 하지만, 퀀칭성이나 템퍼링 연화 저항의 향상을 위해, 추가로 Cr : 0.1 ∼ 1.5 ％, Mo : 0.1 ∼ 0.5 ％, Ni : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.03 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.03 ％, V : 0.01 ∼ 0.03 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종을 함유시킬 수 있다. 이 때, 각 원소의 하한 미만의 함유량에서는, 그 효과가 충분히 얻어지지 않고, 또, 상한을 초과하는 함유량에서는, 제조 비용의 증가를 초래함과 함께, 강판의 가공성이나 인성을 저하시키는 경우가 있다.
(2) 미크로 조직
상 구성 : 페라이트와 세멘타이트
본 발명의 고탄소 박강판에서는, 연질화에 의한 가공성의 향상을 도모하기 위해, 페라이트와 구상화된 세멘타이트로 이루어지는 미크로 조직으로 한다.
강판의 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 ds 와 강판의 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 dc : 각각 20 ∼ 40 ㎛
페라이트 입자의 조대화는, 연질화에 크게 기여한다. 그러나, 페라이트의 평균 입경이 20 ㎛ 미만에서는, 연질화가 불충분해진다. 한편, 페라이트의 평균 입경이 40 ㎛ 를 초과하면, 가공시에 오렌지 필이라 불리는 표면 성상 불량이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 강판의 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 ds 와 강판의 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 dc 는 각각 20 ∼ 40 ㎛ 로 한다.
페라이트의 평균 입경의 판두께 방향 분포 : 강판의 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 ds 와 강판의 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 dc 가 0.80≤ds/dc≤1.20 을 만족
판두께 방향에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 불균일해지면, 가공 후나 열처리 후에 부품의 변형이 커지기 쉬워진다. 그 때문에, 0.80≤ds/dc≤1.20 으로 한다.
세멘타이트의 평균 입경 : 1.0 ㎛ 이상
세멘타이트의 평균 입경이 1.0 ㎛ 미만에서는, 연질화가 불충분해진다. 단, 세멘타이트가 과도하게 조대화되면, 가공시에 조대 세멘타이트 입자 주위의 응력 집중도가 높아져, 가공성의 저하를 초래하는 경우가 있고, 퀀칭 가열시의 분해에 수반하는 C 의 재고용이 억제되기 때문에, 세멘타이트의 평균 입경은 3.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 세멘타이트의 입경은, 소정의 강판 단면의 관찰 시야에 있어서의, 세멘타이트의 장경과 단경의 상승 평균값으로 하고, 세멘타이트의 평균 입경은, 각각의 세멘타이트의 입경의 상가 평균값으로 한다.
세멘타이트의 구상화율 : 90 ％ 이상
세멘타이트의 구상화가 불충분하여, 그 구상화율이 90 ％ 미만이면, 판상의 세멘타이트가 다량으로 잔존하여, 가공성이 크게 저하한다. 그 때문에, 세멘타이트의 구상화율은 90 ％ 이상으로 한다.
또한, 세멘타이트의 구상화율은, 소정의 강판 단면의 관찰 시야에 있어서의, 단면 어스펙트비 (장경/단경) 가 3 이하인 세멘타이트 입자수의 전체 세멘타이트 입자수에 대한 비율로 한다.
페라이트 입자 내에 존재하는 세멘타이트의 입자수비 : 90 ％
이상 본 발명의 강판에 있어서의 세멘타이트는, 충분히 구상화되어 있고, 또한 평균 입경이 1.0 ㎛ 이상으로 크다. 이와 같은 세멘타이트가 페라이트의 결정립계에 다수 존재하면, 가공되었을 때 파괴의 기점이 되기 쉬워, 가공성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 전체 세멘타이트 입자수에 대한 입자수비로 90 ％ 이상의 세멘타이트가 페라이트 입자 내에 존재하는 것이 필요하다.
(3) 제조 조건
본 발명에 의한 고탄소 박강판은, 상기의 화학 조성을 갖는 강편을, Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연 후, 25 ∼ 50 ℃/s 의 평균 냉각 속도로 550 ∼ 650 ℃ 의 1 차 냉각 정지 온도까지 1 차 냉각시키고, 이어서, 120 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각 시간을 1 s 이내로 하여 500 ∼ 600 ℃ 의 2 차 냉각 정지 온도까지 2 차 냉각시켜 권취하여, 강판 표층의 스케일을 제거 후, 20 ∼ 30 ％ 의 압하율로 냉간 압연하고, 680 ℃ 이상 Ac1 변태점 미만의 어닐링 온도에서 20 h 이상 유지하여 어닐링함으로써 얻어진다.
열간 압연 공정은, 이어서 행해지는 냉간 압연과 어닐링을 조합한 연질화 처리를 위한 전 (前) 조직 조정의 역할도 하여, 연질화 처리 후에 판두께 방향의 균질화를 도모하기 위해 필요하고 중요한 공정이다. 경압하 냉간 압연과 어닐링에 의한 연질화 처리는, 냉간 압연에 의해 도입된 변형에 의한 변형 유기 입성장을 활용한 페라이트 입자의 조대화 촉진 처리로, 강판의 연질화를 담당하는 공정이 된다. 단, 압하율이 작은 경압하 냉간 압연에서는, 피압연재인 강판의 표층부에는 비교적 많은 변형이 도입되지만, 판두께 중앙부에는 변형이 도입되기 어렵다. 그 때문에, 표층부와 중앙부에서 페라이트 입성장의 촉진 효과에 차이가 발생하여, 페라이트의 입경 분포 나아가서는 강판의 특성이 불균일해진다.
본 발명에서는, 경압하 냉간 압연에서 기인되는 판두께 방향의 불균질화를 회피하기 위해, 열간 압연 후의 강판에 특정한 조직 분포를 미리 형성한다. 열연 강판에 있어서 표층부의 세멘타이트를 판두께 중앙부의 세멘타이트보다 미세화해 두면, 냉간 압연 후의 어닐링시에 표층부의 페라이트 입성장은 판두께 중앙부에 비해 억제되어, 압연 변형의 불균일 도입에서 기인되는 페라이트의 입경 분포의 불균일이 해소된다.
열연 강판의 세멘타이트의 입경을 판두께 방향에서 변화시키려면, 마무리 압연 후의 냉각 과정에 있어서, 표층부와 중앙부의 온도 이력을 바꾸는 것이 필요하다. 그러기 위해서는, 세멘타이트를 포함하는 제 2 상이 석출되는 온도역에서, 매우 단시간에 표층부만이 강랭되도록 냉각시키고, 보다 고온측의 온도역에서는, 제 2 상 이외의 조직 형성을 균질화하기 위해 완냉각시키는, 2 단계의 냉각, 즉, 고온역 완냉각-단시간 강냉각의 패턴으로 냉각시키는 것이 효과적이다.
이하, 이와 같은 생각에 따라 설정한 각 제조 조건의 한정 이유를 설명한다.
열간 압연의 마무리 온도 : Ar3 변태점 이상
열간 압연의 마무리 온도가 Ar3 변태점 미만에서는, 열간 압연 후, 압연 조직이 잔존하는 미크로 조직이 형성되어, 어닐링 후의 판두께 방향의 균질성이 저하된다. 그 때문에, 마무리 온도는 Ar3 변태점 이상으로 한다.
또한, Ar3 변태점은, 예를 들어, 오스테나이트 온도역으로부터의 냉각 과정에 있어서의 열수축 곡선의 측정에 의해, 곡선의 변화점으로부터 구할 수 있다. 또, 화학 성분의 함유량으로부터 개산할 수도 있다.
열간 압연 후의 1 차 냉각 : 25 ∼ 50 ℃/s 의 평균 냉각 속도로 550 ∼ 650 ℃ 의 냉각 정지 온도까지 냉각
열간 압연 후의 강판은, 바로 25 ∼ 50 ℃/s 의 평균 냉각 속도로 550 ∼ 650 ℃ 의 냉각 정지 온도까지 1 차 냉각된다. 이것은, 평균 냉각 속도가 25 ℃/s 미만이나 50 ℃/s 를 초과하면, 열간 압연 후에 후술하는 원하는 조직 분포를 형성하는 것이 곤란해져, 어닐링 후에 판두께 방향의 페라이트의 입경 분포가 불균일해져, 판두께 방향의 균질화를 도모할 수 없게 되기 때문이다.
또, 냉각 정지 온도가 650 ℃ 를 초과하면, 열간 압연 후의 미크로 조직이 조대화되기 쉬워, 어닐링 후에 원하는 조직 분포를 얻기 어려워지고, 550 ℃ 미만에서는 베이나이트나 마텐자이트와 같은 경질상이 생성되어, 강판이 과도하게 고강도화되어 권취시의 감김 형상이나 조업성이 악화되거나, 강판 형상이 악화되어 냉각 불균일을 일으키는 경우가 있다.
1 차 냉각 후에는, 그대로 2 차 냉각으로 이행된다. 1 차 냉각 후 2 차 냉각 개시까지의 시간은, 과도한 복열을 억제하기 위해 3 s 이내로 하는 것이 바람직하고, 1 s 이내로 하는 것이 보다 바람직하다.
열간 압연 후의 2 차 냉각 : 120 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각 시간을 1 s 이내로 하여 500 ∼ 600 ℃ 의 냉각 정지 온도까지 냉각
1 차 냉각 후의 강판은, 120 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 1 s 이내에 500 ∼ 600 ℃ 의 냉각 정지 온도까지 냉각되어 권취된다.
일반적인 주수에 의한 냉각의 경우, 500 ∼ 600 ℃ 의 온도역은, 막비등으로부터 핵비등으로의 천이가 시작되는 영역이 되기 때문에, 강판의 냉각 불균일이 발생하기 쉽다. 이와 같은 온도역에서는, 평균 냉각 속도가 120 ℃/s 이상이 되도록 핵비등 주체의 조건으로 강제 수랭시키면, 강판의 냉각 불균일이 발생하기 어려워진다. 평균 냉각 속도가 240 ℃/s 이상인 강제 수랭이면 보다 바람직하다.
또, 1 s 이내의 매우 짧은 냉각 시간에 강제 수랭시킴으로써, 냉각 후의 강판 표층부에서는, 제 2 상으로서 라메라 간격이 좁은 펄라이트 혹은 베이나이트가 생성되고, 어닐링시에 형성되는 구상 세멘타이트 입자가 작아져, 페라이트의 입성장을 억제한다. 한편, 판두께 중앙부에서는, 라메라 간격의 약간 넓은 펄라이트가 생성되고, 어닐링시에 형성되는 구상 세멘타이트 입자가 표층부에 비해 약간 커져, 페라이트의 입성장의 억제 효과가 작아진다. 그 때문에, 판두께 방향의 페라이트의 입경 분포가 균일화되어, 판두께 방향의 균질화를 도모할 수 있게 된다. 냉각 시간이 1 s 를 초과하는 경우에는, 냉각 후의 판두께 방향의 온도 분포가 균일화되기 쉬워, 원하는 조직 분포가 얻어지기 어려워진다. 바람직한 냉각 시간은 0.5 s 이내이다.
또, 냉각 정지 온도가 600 ℃ 를 초과하는 경우에는, 냉각 후에 조대한 펄라이트가 생성되기 쉬워져, 어닐링 후에 원하는 조직 분포를 형성하는 것이 곤란해진다. 한편, 냉각 정지 온도가 500 ℃ 미만인 경우에는, 베이나이트나 마텐자이트와 같은 경질상이 다량으로 생성되어, 강판이 과도하게 고강도화되어 권취시의 감김 형상이나 조업성이 악화된다.
냉간 압연의 압하율 : 20 ∼ 30 ％
권취된 강판은, 산세 등에 의해 강판 표층의 스케일을 제거한 후, 다음에 서술하는 어닐링시에 변형 유기 입성장에 의한 강판의 연질화를 발현시키기 위해, 냉간 압연된다. 이 때, 압하율이 20 ％ 미만에서는, 충분한 입성장 촉진 효과가 얻어지지 않고, 압하율이 30 ％ 를 초과하면, 페라이트가 세립화된다. 그 때문에, 냉간 압연의 압하율은 20 ∼ 30 ％ 로 한정한다.
어닐링 : 680 ℃ 이상 Ac1 변태점 미만의 어닐링 온도에서 20 h 이상 유지
냉간 압연 후의 강판은, 세멘타이트의 구상화와 페라이트 입자의 조대화를 도모하기 위해 어닐링된다. 이 때, 어닐링 온도가 680 ℃ 미만에서는, 세멘타이트의 구상화 및 페라이트 입자의 조대화가 신속하게 진행되지 않고, 또, Ac1 변태점 이상이 되면, 어닐링 중에 부분적으로 오스테나이트가 생성되어, 어닐링 후에 펄라이트, 즉 구상화되어 있지 않은 세멘타이트가 혼재하게 되어, 가공성이나 퀀칭성이 저하된다. 따라서, 어닐링 온도는 680 ℃ 이상 Ac1 변태점 미만의 범위로 한정한다. 바람직하게는 690 ℃ 이상 (Ac1 변태점－5 ℃) 이하이다.
어닐링 온도로 유지하는 시간에 대해서는, 세멘타이트의 구상화와 페라이트 입자의 조대화를 달성하기 위해 20 h 이상이 필요하다. 바람직하게는 30 ∼ 50 h 이다.
또, 상기 소정 조건에서의 어닐링에 의해, 페라이트 결정립의 합체·성장이 충분히 촉진되면, 어닐링 전에 페라이트 결정립계에 존재하고 있던 세멘타이트의 대부분이 합체·성장한 결정립 내에 도입되어, 어닐링 후에는 입자수비로 90 ％ 이상의 세멘타이트가 페라이트 입자 내에 존재하게 된다.
또한, Ac1 변태점은, 예를 들어, 상온부터의 가열 과정에 있어서의 열팽창 곡선의 측정에 의해, 곡선의 변화점으로부터 구할 수 있다. 또, 화학 성분의 함유량으로부터 개산할 수도 있다.
어닐링 후의 강판에는, 형상 교정 혹은 표면 성상 조정을 위해, 필요에 따라 조질 압연을 실시할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 고탄소강의 용제에는, 전로 또는 전기로 둘 다 사용할 수 있다. 용제된 강은, 연속 주조 혹은 조괴 후의 분괴 압연에 의해 강편 (슬래브) 이 된다. 강편에는 필요에 따라 스카핑 등의 손질을 실시할 수 있다. 열간 압연 전의 강편은, 제조 설비의 능력에 따라, 소정의 마무리 온도를 확보할 수 있는 온도로 가열하면 된다. 연속 주조된 강편을 상온까지 냉각시키지 않고 직접 혹은 단시간의 가열 후에 열간 압연해도 된다. 또, 바 히터나 엣지 히터와 같은 유도 가열 장치에 의해, 열간 압연 도중의 강편을 가열할 수도 있다.
실시예
표 1 에 나타내는 화학 조성을 갖고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강편 A ∼ K 를, 표 2 에 나타내는 열연 조건으로 판두께 4.0 ㎜ 의 열연 강판으로 한 후, 산세에 의해 강판 표층의 스케일을 제거하였다. 이어서, 이들 열연 강판을 표 2 에 나타내는 냉연 조건으로 냉간 압연하고, 동일하게 표 2 에 나타내는 어닐링 조건으로 어닐링하여, 강판 1 ∼ 25 를 얻었다. 또한, 표 1 에 나타내는 Ar3 변태점과 Ac1 변태점은, 강의 화학 조성으로부터 하기 식에 기초하여 개산하여 구하였다.
Ar3 변태점 (℃) = 910－203[C]1/2＋44.7[Si]－30.0[Mn]－11.0[Cr]＋31.5[Mo]－15.2[Ni]
Ac1 변태점 (℃) = 727－29.1[Si]－10.7[Mn]＋16.9[Cr]－16.9[Ni]
단, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [Ni] 는, 각각 C, Si, Mn, Cr, Mo, Ni 의 함유량 (질량％).
얻어진 각 강판으로부터 샘플을 채취하여, 강판 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 ds, 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역에 있어서의 페라이트의 평균 입경 dc, 세멘타이트의 평균 입경, 구상화율, 페라이트 입자 내에 존재하는 입자수비를 측정하였다. 측정은, 샘플의 강판 압연 방향에 평행한 판두께 단면을 경면 연마하여, 나이탈 또는 피크랄로 부식시킨 후, 표층부, 판두께 1/8 위치, 판두께 1/4 위치, 판두께 3/8 위치, 판두께 중앙부의 각 위치를 주사형 전자현미경으로 500 ∼ 3000 배의 배율로 촬영한 조직 사진을 이용하여 실시하였다. 이 때, 페라이트의 평균 입경은, 상기의 각 위치에서 촬영한 나이탈 부식 사진을 이용하여, 일본 공업 규격 JIS G 0552 에 규정된 방법에 준거하여 결정립도를 구하고, 입도 번호로부터 산출하였다. 판두께 방향으로 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역의 페라이트의 평균 입경 ds 는, 표층부, 판두께 1/8 위치, 판두께 1/4 위치에서 산출한 평균 입경을 평균한 것이고, 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역의 페라이트의 평균 입경 dc 는, 판두께 1/4 위치, 판두께 3/8 위치, 판두께 중앙부에서 산출한 평균 입경을 평균한 것이다. 또한, 표층부, 판두께 1/8 위치, 판두께 1/4 위치, 판두께 3/8 위치는, 강판의 표리 양면측에서의 각 위치에 대하여 관찰하였다. 또, 세멘타이트의 평균 입경, 구상화율, 페라이트 입자 내에 존재하는 입자수비는, 판두께 1/4 위치에서 피크랄 부식 사진도 병용하여 측정하였다.
또, 강판의 연질화의 정도 및 판두께 방향의 균질성을, 샘플의 강판 압연 방향에 평행한 판두께 단면을 경면 연마하고, 판두께 1/8 위치 및 판두께 3/8 위치에 있어서, 일본 공업 규격 JIS Z 2244 의 규정에 준거하여, 9.8 N (1 kgf) 의 시험력으로 비커스 경도를 측정하여 평가하였다. 이 때, 각 위치에서 비커스 경도를 5 점 이상 측정하여, 그들의 평균값을 HV 로 하고, 판두께 1/8 위치의 HV 를 HVs, 판두께 3/8 위치의 HV 를 HVc 로 하였다. 그리고, HVs 및 HVc 가 150 이하이면 연질이고, HVs 와 HVc 의 값의 차 ΔHV 가 5 이하이면, 판두께 방향의 균질성이 우수하다고 하였다.
강판의 가공성에 대해서는, 일본 공업 규격 JIS Z 2256 에 준거하여 구멍 확대 시험 (hole expanding test) 을 실시하여, 극한 변형능을 평가하였다. 이 때, 구멍 확대율 λ 가 30 ％ 이상이면, 충분한 가공성을 갖는 것으로 평가하였다.
결과를 표 3 에 나타낸다.
본 발명예의 강판은, 판두께 방향에서 ΔHV 가 작고 균질하며, 우수한 가공성을 갖는 연질의 고탄소 박강판인 것을 알 수 있다. 한편, 비교예의 강판은, 판두께 방향에서 ΔHV 가 크게 불균질하거나, 연질화가 불충분하거나 또는 가공성에 떨어졌다.
Claims (11)
- 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.50 ％, Si : 1.0 ％ 이하, Mn : 2.0 ％ 이하, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하, sol.Al : 0.08 ％ 이하, N : 0.02 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성과, 페라이트와 세멘타이트로 이루어지는 미크로 조직을 갖고, 강판의 표면으로부터 판두께 1/4 위치까지의 영역에 있어서의 상기 페라이트의 평균 입경 ds 와 강판의 판두께 1/4 위치로부터 판두께 중심까지의 영역에 있어서의 상기 페라이트의 평균 입경 dc 가 각각 20 ∼ 40 ㎛ 이고, 또한 0.80≤ds/dc≤1.20 을 만족하고, 상기 세멘타이트의 평균 입경이 1.0 ㎛ 이상, 구상화율이 90 ％ 이상이고, 입자수비로 90 ％ 이상의 세멘타이트가 페라이트 입자 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 연질의 고탄소 박강판.
- 제 1 항에 있어서,
추가로 질량％ 로, Cr : 0.1 ∼ 1.5 ％, Mo : 0.1 ∼ 0.5 ％, Ni : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.03 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.03 ％, V : 0.01 ∼ 0.03 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 연질의 고탄소 박강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 Si 함유량이 질량％ 로, 0.1 ％ 이상, 0.5 ％ 이하인 연질의 고탄소 박강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 Mn 함유량이 질량％ 로, 0.2 ％ 이상, 1.0 ％ 이하인 연질의 고탄소 박강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 세멘타이트가 1.0 ㎛ 이상, 3.0 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 연질의 고탄소 박강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 세멘타이트의 구상화율은, 장경/단경인 단면 어스펙트비가 3 이하인 세멘타이트 입자수의 전체 세멘타이트 입자수에 대한 비율인 연질의 고탄소 박강판. - 제 1 항에 있어서,
150 이하의 비커스 경도를 갖는 연질의 고탄소 박강판. - 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.50 ％, Si : 1.0 ％ 이하, Mn : 2.0 ％ 이하, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하, sol.Al : 0.08 ％ 이하, N : 0.02 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 강편을, Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연 후, 25 ∼ 50 ℃/s 의 평균 냉각 속도로 550 ∼ 650 ℃ 의 1 차 냉각 정지 온도까지 1 차 냉각시키고, 이어서, 120 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각 시간을 1 s 이내로 하여 500 ∼ 600 ℃ 의 2 차 냉각 정지 온도까지 2 차 냉각시켜 권취하여, 강판 표층의 스케일을 제거 후, 20 ∼ 30 ％ 의 압하율로 냉간 압연하고, 680 ℃ 이상 Ac1 변태점 미만의 어닐링 온도에서 20 h 이상 유지하여 어닐링하는 것을 특징으로 하는 연질의 고탄소 박강판의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 강편이 추가로 질량％ 로, Cr : 0.1 ∼ 1.5 ％, Mo : 0.1 ∼ 0.5 ％, Ni : 0.1 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.03 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.03 ％, V : 0.01 ∼ 0.03 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 연질의 고탄소 박강판의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 2 차 냉각의 평균 냉각 속도가 120 ℃/s 이상, 300 ℃/s 이하인 연질의 고탄소 박강판의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 어닐링 온도의 유지 시간이 30 h 이상, 50 h 이하인 연질의 고탄소 박강판의 제조 방법.
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