KR20140141218A

KR20140141218A - 고강도 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20140141218A
Application number: KR1020130062713A
Authority: KR
Inventors: 고강희; 김성주; 도형협
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-10

Abstract

실리콘(Si)의 함량을 줄이고 알루미늄(Al)을 첨가함으로써, 붉은 형 스케일 발생을 차단할 수 있으며, 코일의 권취 온도에도 지속적으로 석출이 가능한 바나듐(V)을 첨가하여 내외권부 재질편차를 줄임으로써, 인장강도(TS) 780 ~ 900 MPa, 항복강도(YP) : 700 ~ 850 MPa, 연신율(EL) : 14 ~ 22% 및 버링성 : 55% 이상의 고강도를 갖는 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.03 ~ 0.1 중량%, 실리콘(Si) : 0.03 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.7 ~ 2.0 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.03 ~ 0.06 중량%, 바나듐(V) : 0.08 ~ 0.2 중량%, 알루미늄(Al) : 0.3 ~ 0.5 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab reheating temperature) : 1220℃ 이상의 온도에서 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 슬라브 판재를 마무리 압연 온도(FDT, Finish Rolling Temperature) : 810 ~ 850℃에서 열간압연하는 단계; 및 (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각한 후, 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE STEEL SHEET}

본 발명은 고강도 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘(Si) 함량을 줄이고 알루미늄(Al)을 첨가함으로써 붉은형 스케일의 발생을 차단하고, 내외권부의 재질 편차를 줄일 수 있는 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

고유가 시대에 따라 자동차 산업에 있어서 차체 경량화가 필수적으로 요구되고 있다. 이에 따라 소재의 경량화를 위해 고강도강의 개발에 많은 연구가 이루어지고 있다. 자동차 부품에 있어서 특히 고강도강을 필요로 하는 부분은 자동차 샤시 부품을 대표적인 예로 들 수 있다.

샤시 부품용 소재에 요구되는 특성으로는 내구성에 있어서 높은 인장강도, 복잡한 부품 형상 구현을 위한 고연신성, 고버링성이 필요하다. 또한 최근에는 동절기에 염화칼슘을 이용한 제설이 잦은 관계로 염화칼슘에 의한 샤시 부품의 부식이 발생할 수 있다. 따라서, 샤시 부품용 소재는 이러한 부식을 방지하기 위해 내식성까지 요구되고 있다.

기존의 샤시 부품용 소재는 실리콘을 첨가하여 석출물의 탄소이동도를 높임으로써 강도를 확보하였으나, 열간압연 과정에서 강판의 표면에 붉은형 스케일이 생성됨에 따라 그 상품성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 코일의 내외권부의 냉각속도 차이에 따른 석출물의 성장속도 차이로 인해 내외권부 재질 편차가 발생하였다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허 제10-2006-0073256호(2006.06.28. 공개)에 개시된 신장플랜지성이 우수한 저항복비형 고강도 열연강판 및 제조방법이 있다.

본 발명의 목적은 실리콘의 함량을 줄이고 알루미늄을 첨가함으로써, 붉은 형 스케일 발생을 차단할 수 있으며, 코일의 권취 온도에도 지속적으로 석출이 가능한 바나듐을 첨가하여 내외권부 재질편차를 줄일 수 있는 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.03 ~ 0.1 중량%, 실리콘(Si) : 0.03 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.7 ~ 2.0 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.03 ~ 0.06 중량%, 바나듐(V) : 0.08 ~ 0.2 중량%, 알루미늄(Al) : 0.3 ~ 0.5 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab reheating temperature) : 1220℃ 이상의 온도에서 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 슬라브 판재를 마무리 압연 온도(FDT, Finish Rolling Temperature) : 810 ~ 850℃에서 열간압연하는 단계; 및 (c) 상기 열간압연된 판재를 냉각한 후, 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판은 탄소(C) : 0.03 ~ 0.1 중량%, 실리콘(Si) : 0.03 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.7 ~ 2.0 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.03 ~ 0.06 중량%, 바나듐(V) : 0.08 ~ 0.2 중량%, 알루미늄(Al) : 0.3 ~ 0.5 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도(TS) : 780 ~ 900 MPa 및 항복강도(YP) : 700 ~ 850 MPa을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법에 의하면, 실리콘(Si)의 함량을 줄이고 알루미늄(Al)을 첨가함으로써, 붉은 형 스케일 발생을 차단할 수 있으며, 코일의 권취 온도에도 지속적으로 석출이 가능한 바나듐(V)을 첨가하여 내외권부 재질편차를 줄임으로써, 인장강도(TS) 780 ~ 900 MPa, 항복강도(YP) : 700 ~ 850 MPa, 연신율(EL) : 14 ~ 22% 및 버링성 : 55% 이상의 고강도 강판을 제공할 수 있다.

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

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.

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

고강도 강판

본 발명에 따른 고강도 강판은 탄소(C) : 0.03 ~ 0.1 중량%, 실리콘(Si) : 0.03 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.7 ~ 2.0 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.03 ~ 0.06 중량%, 바나듐(V) : 0.08 ~ 0.2 중량%, 알루미늄(Al) : 0.3 ~ 0.5 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 인장강도(TS) 780 ~ 900 MPa, 항복강도(YP) : 700 ~ 850 MPa, 연신율(EL) : 14 ~ 22% 및 버링성 : 55% 이상을 만족할 수 있다.

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

탄소(C)

본 발명에서 탄소(C)는 강도를 확보하기 위해 첨가된다.

탄소(C)는 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.03 ~ 0.1 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.03 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 저온 충격인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘( Si )

본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강재 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 갖는다.

실리콘(Si)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.03 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우에는 강 표면에 비금속 개재물을 과다하게 형성하여 인성을 저하시키는 문제점이 있다.

망간( Mn )

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간(Mn)의 첨가는 탄소(C)의 첨가보다도 강도 상승 시, 연성의 저하가 적다.

망간(Mn)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.7 ~ 2.0 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 0.7 중량% 미만일 경우에는 탄소(C) 함량이 높아도 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 2.0 중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속개재물의 양이 증가하는 데 기인하여 용접 시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있다.

인(P), 황(S)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 저온 충격인성을 저하시키는 대표적인 원소로써 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 강재 전체 중량의 0.02 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS를 형성하여 저온 충격인성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 강재 전체 중량의 0.01 중량% 이하로 제한하였다.

니오븀( Nb )

니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연 시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강의 강도와 저온인성을 향상시킨다.

니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.05 ~ 0.1 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에는 강의 용접성을 저하시키고, 니오븀 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

티타늄( Ti )

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접 시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시켜 강의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.

티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.03 ~ 0.06 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.03 중량% 미만일 경우에는 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 고용질소로 인해 시효경화가 발생하는 문제가 있다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.06 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 결정립계에 피닝(pinning)으로 작용하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.

바나듐(V)은 본 발명에 따른 강재 전체 중량의 0.08 ~ 0.2 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 바나듐(V)의 함량이 0.08 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 바나듐(V)의 함량이 0.2 중량%를 초과할 경우에는 저온 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.

알루미늄( Al )

알루미늄(Al)은 질소(N)와 반응하여 미세한 AlN 석출물을 형성하여 결정립미세화와 더불어 석출강화에 의해 강도 향상에 기여하는 원소이다.

알루미늄은 본 발명에 따른 강재 전체 중량 중 0.3 ~ 0.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.3 중량% 미만일 경우에는 AlN 석출물의 양이 줄어들어 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.5 중량%를 초과할 경우에는 연주 공정에 어려움이 발생하여 생산성을 저하시키며, 항복 강도를 과도하게 상승시키는 문제가 있다.

고강도 강판 제조 방법

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법을 나타낸 순서도로서, 열연강판 제조 방법을 나타낸 것이다.

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

슬라브 재가열

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

슬라브 재가열은 1220℃ 이상에서 실시되는 것이 바람직하다. 슬라브 재가열이 1220℃ 미만에서 실시될 경우, 재고용 혹은 균질화 효과가 불충분해질 수 있다.

열간압연

열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 열간압연한다.

열간압연은 조압연과 마무리 압연으로 이루어질 수 있다. 이때, 마무리 압연 전에 스케일 제거 처리를 행할 수 있다. 마무리 압연의 입구측 온도(FET, finish entry temperature)는 900 ~ 980℃로 실시되는 것이 바람직하다.

열간압연은 마무리 압연 온도(FDT, finish delivery temperature) : 810 ~ 850℃ 조건으로 실시되는 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연 온도 조건에서, 냉각 전 강판의 조직이 오스테나이트 상이 될 수 있다. 마무리 압연 온도가 810℃ 미만인 경우, 이상역 압연으로 인하여 강판 재질이 열화될 수 있다. 반대로, 마무리 압연 온도가 850℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화로 인하여 강도 확보가 어려워질 수 있다.

냉각/ 권취

다음으로, 냉각/권취 단계(S130)에서는 목표로 하는 마르텐사이트 상분율을 확보하기 위하여 열간압연된 판재를 150 ~ 250℃/sec의 평균냉각속도로 냉각한 후, 권취한다.

냉각은 150 ~ 250℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 이러한 높은 냉각 속도는 수냉 시 적용되는 냉각노즐을 통상에 비하여 2배 정도 많이 설치함으로써 가능하다. 냉각 시 적용되는 냉각 속도가 150℃/sec 미만일 경우, 페라이트, 펄라이트 등의 변태가 발생하여 마르텐사이트 조직을 확보하기 어렵다. 반대로, 냉각 속도가 250℃/sec를 초과할 경우, 연신율의 확보가 어렵다.

한편, 권취 온도(CT, coiling temperature)는 560 ~ 640℃인 것이 바람직하다. 권취 온도가 560℃ 미만일 경우 냉각종료 후 열연코일의 자기템퍼링 효과가 적어 성형성이 감소될 수 있고, 소재 표면에 냉각수 잔류로 인하여 표면 경질화 및 반점이 발생되는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 권취 온도가 640℃를 초과하는 경우 냉각이 불충분하여 면적률로 95% 이상의 마르텐사이트 분율을 확보하기 어려워질 수 있다.

상술한 바와 같이, 평균냉각속도를 제어함에 따라, 권취 온도에서도 지속적으로 석출이 가능한 바나듐(V)이 권취 이후에도 지속적인 TiNbC 석출물의 성장으로 인한 재질 하락을 VC를 생성함으로써 보상할 수 있다. 이에 따라, 권취된 판재에서 일면이 외부로 노출되는 외권부와, 일면이 외부로 노출되지 않는 내권부와의 재질편차를 줄일 수 있다.

상기 방법으로 제조된 고강도 강판은 실리콘(Si)의 함량을 줄이고 알루미늄(Al)을 첨가함으로써 붉은형 스케일의 발생을 방지할 수 있으며, 바나듐(V)을 첨가하여 내외권부의 재질편차를 줄일 수 있다.

또한, 상기 제조 방법으로 제조되는 열연강판은 최종 미세조직이 페라이트로 이루어질 수 있고, 인장강도(TS) 780 ~ 900 MPa, 항복강도(YP) : 700 ~ 850 MPa, 연신율(EL) : 14 ~ 22% 및 버링성 : 55% 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 조성을 갖는 슬라브 판재를 표 2의 공정조건에 따라 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편을 제조하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

2. 기계적 특성 평가

표 3은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편의 기계적 특성을 평가한 것을 나타낸 것이다.

표 3에서, 인장강도(TS), 항복강도(YS) 및 연신율(EL)은 JIS 5호 시험편에 의거한 인장시험을 통하여 측정하였다.

버링성은 초기 직경(d0:10mm)의 천공 구멍을 형성한 후, 60° 원추펀치로 확장시켜서, 크랙(crack)이 판을 관통한 시점의 구멍 직경(d)으로부터 구해지는 홀 확장률 ((d-d0)/d0 X 100)로 나타내었다.

[표 3]

표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 ~ 3의 경우, 인장강도(TS) 780 ~ 900 MPa, 항복강도(YP) : 700 ~ 850 MPa, 연신율(EL) : 14 ~ 22% 및 버링성 : 55% 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다..

반면, 실시예 1과 비교하여 실리콘(Si)이 다량 함유되고 바나듐(V)의 함량이 본 발명에서 제시하는 범위에서 미달되며, 냉각속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 초과한 비교예 1에 따라 제조된 시편은 항복강도(YP)는 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 연신율(EL) 및 버링성은 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 비교하여 알루미늄(Al)이 적게 첨가되고 바나듐(V)이 미첨가되었으며, 권취속도(CT)가 본 발명에서 제시하는 범위에 미달된 비교예 2에 따라 제조된 시편은 인장강도(TS) 및 연신율(EL)은 목표값을 만족하였으나, 항복강도(YP) 및 버링성은 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

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) 탄소(C) : 0.03 ~ 0.1 중량%, 실리콘(Si) : 0.03 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.7 ~ 2.0 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.03 ~ 0.06 중량%, 바나듐(V) : 0.08 ~ 0.2 중량%, 알루미늄(Al) : 0.3 ~ 0.5 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 SRT(Slab reheating temperature) : 1220℃ 이상으로 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 슬라브 판재를 마무리 압연 온도(FDT, Finish Rolling Temperature) : 810 ~ 850℃에서 열간압연하는 단계; 및
(c) 상기 열간압연된 판재를 560 ~ 640℃까지 냉각한 후, 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 마무리 압연은
마무리 압연의 입구측 온도(FET, finish entry temperature) : 900 ~ 980℃로 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 냉각속도는
150 ~ 250℃/sec 인 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
탄소(C) : 0.03 ~ 0.1 중량%, 실리콘(Si) : 0.03 중량% 이하, 망간(Mn) : 0.7 ~ 2.0 중량%, 인(P) : 0.02 중량% 이하, 황(S) : 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05 ~ 0.1 중량%, 티타늄(Ti) : 0.03 ~ 0.06 중량%, 바나듐(V) : 0.08 ~ 0.2 중량%, 알루미늄(Al) : 0.3 ~ 0.5 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
인장강도(TS) : 780 ~ 900 MPa 및 항복강도(YP) : 700 ~ 850 MPa을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
제4항에 있어서,
상기 강판은
연신율(EL) : 14 ~ 22% 및 버링성 : 55% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.