KR20140073473A

KR20140073473A - 비자성 고강도 고망간 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140073473A
Application number: KR1020140062225A
Authority: KR
Inventors: 김성규; 진광근; 오필용; 황현규
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2014-06-16

Abstract

본 발명은 우수한 강도 및 성형성을 갖는 동시에, 우수한 비자성특성을 확보한 고강도 고망간 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이에 본 발명에서는 중량%로, C: 0.4~0.9%, Mn: 10~25%, Al: 0.01~4.0%, Si: 0.01~2.0%, Ti: 0.05~0.2%, B: 0.0005~0.005%, S: 0.05%이하(0은 제외), P: 0.8%이하(0은 제외), N: 0.003~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직 중 탄화물의 분율이 1부피% 이하인 비자성 고강도 고망간 강판과 그 제조방법을 제공한다.

Description

비자성 고강도 고망간 강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH AND HIGH MANGANESE STEEL SHEET HAVING EXCELLENT NON-MAGNETIC PROPERTY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 배전반, 변압기 등의 중전기기에 사용될 수 있는 비자성특성을 갖는 고강도 고망간 강판에 관한 것이다.

배전반, 변압기 등의 소재는 일반적으로 높은 강도와 함께, 우수한 비자성 특성을 필요로 한다.

이러한 조건을 충족하기 위해서, 종래에는 니켈과 크롬이 다량 첨가된 스테인리스강이 사용되어 왔다. 그러나, 상기 스테인리스강은 강도가 낮고 가격이 높다는 점이 문제가 있다.

강도를 높이기 위해서 페라이트계 또는 마르텐사이트계 스테인리스강이 적용될 수 있으나, 상기 페라이트계 또는 마르텐사이트계 스테인리스강은 높은 자성을 가지기 때문에, 와전류에 의한 전력손실이 발생할 뿐만 아니라, 가격이 매우 비싸다는 단점이 있다.

따라서, 스테인리스강이 갖는 한계를 극복하고, 높은 강도와 우수한 비장자성 특성을 갖는 소재에 대한 요구가 이어지고 있다.

본 발명의 일측면은 우수한 강도 및 성형성을 갖는 동시에, 우수한 비자성특성을 확보한 고강도 고망간 강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.4~0.9%, Mn: 10~25%, Al: 1.46~2.69%, Si: 0.01~2.0%, Ti: 0.05~0.2%, B: 0.0005~0.005%, S: 0.05%이하(0은 제외), P: 0.8%이하(0은 제외), N: 0.003~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직 중 탄화물의 분율이 1부피% 이하인 비자성 고강도 고망간 강판을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 1100~1250℃로 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하고, 800~950℃에서 마무리 압연하는 열간압연하는 단계;

상기 열간압연된 강판을 400~700℃에서 권취하는 단계;

30~60%의 압하율로 냉간압연하는 단계;

상기 냉간압연된 강판을 650~900℃에서 연속소둔하는 단계를 포함하는 비자성 고강도 고망간 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 고강도를 가지며 동시에 비자성특성을 가져 와전류에 의한 전력손실이 적은 배전반 또는 변압기 등에 사용되는 고망간강을 제공할 수 있다.

도 1의 (a)는 발명예 7의 미세조직을 관찰한 사진이며, 도 1의 (b)는 비교예 4의 미세조직을 관찰한 사진이다.

전자기장에 노출되는 소재의 와전류에 의한 손실은 소재의 자성과 밀접한 관계가 있다. 자성이 클수록 와전류 발생이 커져 손실이 증가하게 된다. 일반적으로 자성은 투자율(μ)에 비례한다. 즉, 투자율이 클수록 자성이 증가한다. 투자율은 자기화시키는 자기장(H)에 대한 유도자기장(B)의 비, 즉 μ=B/H의 식으로 정의된다. 다시 발해 투자율을 줄이면 소재의 자성이 감소하여 전기장에 노출된 경우 표면에 와전류 손실이 방지되므로 에너지 효율이 증가한다. 따라서, 배전반과 변압기 등의 소재는 자성이 없는 비자성 강판을 사용하는 것이 에너지 손실을 방지하는 유리하다.

이에 본 발명자들은 깊이 연구한 결과, 고강도와 비자성 특성을 갖추기 위해서, 강 중에 망간(Mn) 및 탄소(C)를 첨가하여 오스테나이트 안정성을 높게한 고망간강을 발명하기에 이르게 되었다. 본 발명에서는 탄소 및 망간의 함량을 제어함으로서, 변형 중 변태, ε-마르텐사이트의 형성 및 전위로 인한 슬립 변형을 억제하여, 우수한 강도 및 연신율(성형성) 뿐만 아니라, 우수한 비자성특성을 가질 수 있게 되었다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 본발명의 강판에 대하여, 상세히 설명한다. 본 발명의 강판은 하기 조성을 만족한다(이하, 중량%)

탄소(C): 0.4~0.9%

C는 강 내의 오스테나이트 조직을 확보하는데 필요한 원소로서, 오스테나이트의 안정도를 충분히 확보하기 위해서, 0.4% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, C의 양이 0.9%를 초과하는 경우에는 탄화물이 과도하게 석출되어 오히려 비자성 특성이 저하될 뿐만 아니라, 주조성이 열화되는 문제가 있다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.4~0.9%인 것이 바람직하다.

망간(Mn): 10~25%

Mn은 오스테나이트 조직을 안정화 시키는 역할을 하는 중요한 원소로 본 발명에서는 10% 이상 포함한다. 10% 미만에서는 α'-마르텐사이트상이 존재하게 되어 비자성특성이 저하되고, 25%를 초과하는 경우에는 제조원자가 크게 증가하고, 공정상 열간압연 단계에서 가열시 내부산화가 심하게 발생되어 표면품질이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 10~25%인 것이 바람직하다.

알루미늄(Al): 1.46~2.69%

상기 Al은 탄화물이 형성되는 것을 방지하는데 효과적인 원소이고, 쌍정의 분율을 조절하여 성형성을 개선한다. 본 발명에서는 탄소가 고용되어 오스테나이트로 안정화시키기 위해 탄화물 형성을 방지하여 비자성특성을 향상시키는 중요한 원소로 작용하기 때문에 1.46% 이상 포함한다. 그러나, 2.69%를 초과하는 경우에는 제조비용이 증가하고, 과도한 산화물의 형성으로 제품의 표면품질이 저하되므로, 그 함량은 1.46~2.69%인 것이 바람직하다.

실리콘(Si): 0.01~2.0%

상기 Si는 통상 탈산제로 사용되거나, 일반 제강공정에서 0.01% 정도 함유되며, 이를 제거하고자 하는 경우에는 과도한 비용이 발생하기 때문에 0.01%를 포함하며, 상기 Si의 함량이 2.0%를 초과하는 경우에는 제조비용이 증가하고, 과도한 산화물의 형성으로 제품의 표면품질이 저하되므로, 그 함량은 0.01~2.0%인 것이 바람직하다.

티타늄(Ti): 0.05~0.2%

상기 Ti는 강재 내부에 질소와 반응하여 질화물을 침전시키고 쌍정을 형성하는 성분으로 강도 및 성형성을 확보하기 위하여 첨가한다. 또한 상기 Ti는 석출상을 형성하여 강도를 증가시키는 역할을 한다. 이를 위해서 Ti는 0.05%이상 포함되는 것이 바람직하지만, 0.2%를 초과하는 경우에는 침전물이 과다하게 형성되어 냉간압연시 미세 크랙이 형성될 수 있으며, 성형성 및 용접성의 악화로 이어질 수 있다. 따라서, 상기 Ti의 함량은 0.05~0..2%인 것이 바람직하다.

보론(B):0.0005~0.005%

상기 B는 미량 첨가되는 경우 주편의 입계를 강화하는 역할을 하며, 이를 위해 0.0005%이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 과도하게 포함되어 있는 경우에는 비용이 증가하므로, 그 함량은 0.0005~0.05%인 것이 바람직하다.

황(S): 0.05%이하(0은 제외)

상기 S는 개재물의 제어를 위하여 0.05% 이하로 제어될 필요성이 있다. 상기 S의 함량이 0.05%를 초과하면 열간취성의 문제가 생길 우려가 있으므로, 그 상한을 0.05%로 하는 것이 바람직하다.

인(P): 0.8%이하(0은 제외)

상기 P는 편석이 쉽게 발생되는 원소로 주조시 균열발생을 조장한다. 이를 방지하기 위해서 0.8% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 P의 함량이 0.8%를 초과하면 주조성이 악화될 수 있으므로, 그 상한을 0.8%로 하는 것이 바람직하다.

질소(N): 0.003~0.01%

상기 N은 제강 공정 중에 대기와 반응해서 필수불가결하게 첨가되는 원소이다. 상기 N을 0.003% 미만으로 줄이는 것은 공정상 과도한 비용이 발생하며, 그 함량이 0.01%를 초과하는 경우에는 질화물을 형성하여 성형성을 저하시키므로, 바람직하지 않다. 따라서, 상기 N의 함량은 0.003~0.01%인 것이 바람직하다.

나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 본 발명의 미세조직에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 강판은 그 미세조직에 탄화물이 1부피%이하로 포함되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명에서 탄소는 원자상태로 고용되어야 하며, 이를 통해 오스테나이트 안정도가 확보된다. 즉, 상기 탄소가 탄화물의 형태로 강중에 존재하게 되면, 오스테나이트의 안정도가 낮아지고, 투자율이 높아져, 비자성 특성이 열위하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 강중 탄화물이 가급적 적은 것이 바람직하며, 1부피% 이하로 형성되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 탄화물은 열처리 후에도 1부피%이하로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 열처리는 강판의 제조과정에서 존재하는 열처리 뿐만 아니라, 강판의 사용과정에서 행하여지는 열처리를 포함한다.

한편, 본 발명의 강판은 오스타나이트 조직을 가지며, 열처리 등의 외부에너지에도 비자성을 유지하기 위해, 오스테나이트 조직을 유지하도록 한다. 따라서, 본 발명의 강판은 오스테나이트 조직을 가지며, 열처리 조건에 따라 탄화물이 일부(1부피%이하)로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판은 800MPa 이상의 인장강도를 가지며, 15%이상의 연신율을 확보함으로서, 우수한 강도 및 가공성을 보유한다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 1100~1250℃에서 재가열한다. 상기 가열온도가 너무 낮으면, 열간압연시 압연하중이 과도하게 걸릴 수 있기 때문에 1100℃ 이상의 온도에서 가열하는 것이 바람직하다. 가열온도가 높을수록 열간압연이 용이하지만, Mn의 함량이 높은 강은 고온 가열시 내부 산화가 심하게 발생되어 표면품질이 저하될 수 있으므로, 상기 재가열 온도의 상한을 1250℃로 하는 것이 바람직하다.

상기 재가열 후 열간압연을 행하고, 800~1000℃에서 열간 마무리 압연을 행한다. 열간 마무리 압연 온도 역시 고온일수록 변형저항이 낮아서 압연이 용이하지만, 압연온도가 높을수록 표면품질은 저하될 수 있기 때문에 1000℃이하에서 행하는 것이 바람직하고, 그 온도가 너무 낮으며, 압연 중에 부하가 커지므로, 800℃이상에서 행하는 것이 바람직하다.

상기 열간압연 후 권취하는 단계를 거친다. 상기 권취는 400~700℃에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 권취 이후의 냉각속도는 통상적으로 느린 경우가 많다. 권취 개시온도가 너무 낮으면 냉각을 위하여 다량의 냉각수가 필요하고, 권취시 하중이 크게 작용하여 권취 개시 온도는 400℃ 이상으로 한다. 권취온도가 고온에서는 권취 후 냉각과정 중에 판 표면의 산화피막과 강판 기지조직과의 반응이 진행되어 산세성을 악화시키기 때문에 700℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.

상기 열간압연 후 권취 전에 수냉을 행하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조한다. 상기 냉간압연시 압하율은 일반적으로, 요구되는 제품의 두께에 따라 결정되지만, 본 발명에서는 냉간압연 후 열처리 과정에서 재결정이 진행되기 때문에 재결정의 구동력을 잘 제어하는 것이 필요하다. 즉, 냉간 압연시의 압하율이 너무 낮으면 제품의 강도가 떨어지므로, 30% 이상의 압하율로 행하고, 압하율이 너무 높게 되면 강도 확보에 유리하지만, 압연기의 부하가 증가하므로, 이를 고려하여, 60% 이하의 압하율로 행하는 것이 바람직하다.

상기 냉간압연 후, 연속소둔을 행한다. 상기 연속소둔은 650~900℃에서 행하는 것이 바람직하다. 연속소둔은 재결정이 충분히 일어나는 650℃이상에서 행하는 것이 바람직하나, 소둔 온도가 너무 높으면 표면에 산화물이 형성되고, 연속 작업되는 전/후 연결제품과의 작업성이 저하되므로, 900℃이하에서 행하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로, 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

하기 표 1의 조성을 만족하는 강슬라브를 1200℃로 재가열하고, 900℃에서 열간 마무리 압연을 행하고, 500℃에서 권취한 후, 50%의 압하율로 냉간압연하고, 800℃로 연속소둔을 행하여, 냉연강판을 제조하였다.

번호	C	Mn	Si	P	S	Al	Ti	B	N
1	0.61	17.96	0.01	0.09	0.004	0.01	0.066	0.002	0.0097
2	0.61	18.30	0.01	0.09	0.003	1.50	0.086	0.002	0.0087
3	0.61	18.50	0.01	0.09	0.003	2.69	0.083	0.003	0.0065
4	0.61	14.54	0.01	0.10	0.005	0.01	0.077	0.002	0.0098
5	0.61	15.10	0.01	0.09	0.006	1.51	0.085	0.002	0.0081
6	0.61	15.54	0.01	0.09	0.005	1.97	0.085	0.002	0.0069
7	0.61	11.58	0.01	0.10	0.005	0.01	0.068	0.002	0.0095
8	0.61	11.63	0.01	0.10	0.006	1.46	0.087	0.002	0.0039
9	0.61	12.41	0.01	0.10	0.004	1.95	0.092	0.002	0.0069

상기 강판의 물리적 성질을 알아보기 위해서, 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

번호	항복강도(MPa)	인장강도(MPa)	연신율(%)
1	484.1	1105.6	60.4
2	498.3	960.1	59.3
3	498.8	848.9	49.7
4	509.3	1124.1	51.3
5	479.5	976	57.6
6	488.2	938.9	58.4
7	485.6	837.8	16.1
8	491.9	899.5	30.3
9	477.6	914.6	40.7

상기 제조된 강판에 대하여, 개재물의 분율과 열처리 조건에 따른 탄화물 분율과 자기장 25kA/m에서의 상대투자율을 측정하였다. 상기 열처리는 제조과정에서의 열처리 또는 강판의 사용중에 있을 수 있는 열처리를 모사한 것이다.

한편, 투자율은 진공에서의 투자율과 특정 분위기에서의 투자율의 비인 상대투자율로 표시되며, 본 발명에서는 진공과 대기에서의 투자율비인 상대투자율 μ_r을 측정하였다. 측정은 VSM(Vibrating Sample Magnetometer) 장비를 이용하였으며, VSM은 Hall probe에 의해서 가한 인가 자장을 기록하고 시료의 자화 값은 패러데이 법칙에 의해서 시료에 진동을 가할 때 얻어지는 기전력을 기록하여 시료의 자화 값을 측정한다. VSM은 이러한 기본 작동 원리에 의하여 시료에 진동을 가할 시 발생하는 유도기전력을 search coil에서 검출하여 이 기전력에 의해 시료의 자화 값을 측정하는 방법이다. 재료의 자기적 특성을 자기장, 온도, 시간의 함수로 간단히 측정할 수 있으며, 최대 2 테슬라의 자력과 2 K to 1273 K 온도 범위의 빠른 측정이 가능하다. 또한 분말, 박막, 단결정, 액체 등의 대부분 형태의 시료를 측정할 수 있는 장점이 있어 자성 측정방법으로 널리 사용되고 있다.

번호	열처리조건	개재물 분율(%)	탄화물 분율(%)	상대투자율	비교
1	400℃, 1hr	0.065	1.18	1.07	비교예1
2	400℃, 1hr	0.091	0.57	1.01	발명예1
3	400℃, 1hr	0.129	0.08	1.01	발명예2
4	400℃, 1hr	0.122	1.26	1.09	비교예2
5	400℃, 1hr	0.108	0.1	1.01	발명예3
6	400℃, 1hr	0.087	0.05	1.01	발명예4
7	400℃, 1hr	0.117	1.02	1.07	비교예3
8	400℃, 1hr	0.075	0.1	1.01	발명예5
9	400℃, 1hr	0.136	0.01	1.02	발명예6
1	650℃, 5hrs	0.065	1.35	1.11	비교예4
2	650℃, 5hrs	0.091	0.85	1.07	발명예7
3	650℃, 5hrs	0.129	0.14	1.05	발명예8
4	650℃, 5hrs	0.122	1.47	1.11	비교예5
5	650℃, 5hrs	0.108	0.46	1.08	발명예9
6	650℃, 5hrs	0.087	0.25	1.06	발명예10
7	650℃, 5hrs	0.117	2.12	1.37	비교예6
8	650℃, 5hrs	0.075	0.91	1.09	발명예11
9	650℃, 5hrs	0.136	0.51	1.05	발명예12

상기 표 3의 결과에서 알 수 있듯이, 열처리 조건이 400℃에서 1시간 동안 행한 경우에, 탄화물의 분율이 1부피% 이하인 경우에는 투자율이 1.05 이하로서, 우수한 비자성 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 보다 가혹한 열처리 조건인 600℃에서 5시간동안 열처리 행한 경우에도, 탄화물의 분율이 1부피% 이하인 경우에는 투자율이 1.10을 넘지 않는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 상기 발명예 7과 비교예 3의 미세조직을 관찰하여 이를 각각 도 1(a) 및 (b)에 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명예에서는 탄화물의 분율이 매우 적으나, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예에서는 탄화물의 분율이 1부피%를 초과하여 비자성특성이 열위에 있음을 알 수 있다.

따라서, 탄화물의 분율이 1부피%이하가 되는 경우에, 우수한 비자성특성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.4~0.9%, Mn: 10~25%, Al: 1.46~2.69%, Si: 0.01~2.0%, Ti: 0.05~0.2%, B: 0.0005~0.005%, S: 0.05%이하(0은 제외), P: 0.8%이하(0은 제외), N: 0.003~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
650℃에서 5시간 동안 열처리를 행한 경우, 미세조직 중 탄화물의 분율이 1부피% 이하이며, 상대투자율이 25kA/m의 자장에서 1.10 이하인 비자성 고강도 고망간 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판의 인장강도는 800MPa 이상이고, 연신율이 15%이상인 비자성 고강도 고망간 강판.
중량%로, C: 0.4~0.9%, Mn: 10~25%, Al: 1.46~2.69%, Si: 0.01~2.0%, Ti: 0.05~0.2%, B: 0.0005~0.005%, S: 0.05%이하(0은 제외), P: 0.8%이하(0은 제외), N: 0.003~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1100~1250℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하고, 800~950℃에서 마무리 압연하는 열간압연하는 단계;
상기 열간압연된 강판을 400~700℃에서 권취하는 단계;
30~60%의 압하율로 냉간압연하는 단계;
상기 냉간압연된 강판을 650~900℃에서 연속소둔하는 단계를 포함하고,
650℃에서 5시간 동안 열처리를 행한 경우, 미세조직 중 탄화물의 분율이 1부피% 이하이며, 상대투자율이 25kA/m의 자장에서 1.10 이하인 비자성 고강도 고망간 강판의 제조방법.