KR20160036992A

KR20160036992A - 고강도 열연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20160036992A
Application number: KR1020140129467A
Authority: KR
Inventors: 정소희; 김민수; 허성열
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-04-05
Also published as: KR101648267B1

Abstract

성형성 및 재질 이방성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.01~0.30%, 망간(Mn) : 1.20~1.80%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.10%, 니켈(Ni) : 0.05~0.25%, 보론(B) : 0.001~0.003% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 820℃ 이상의 열간 마무리 압연온도 조건으로 열간 압연한 후, 640℃ 이하까지 냉각하여 권취하는 것을 특징으로 한다.

Description

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

본 발명은 열연강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성형성이 우수한 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

압력용기는 열연강판으로부터 원형 판을 제작 후, 딥드로잉(deep drawing), 2차 가공, 용접 등의 일련의 과정을 통하여 제조된다.

압력용기 제조 과정에서 딥드로잉, 2차 가공 등 다양한 성형이 수행되는 바, 압력용기 소재가 되는 열연강판은 우수한 성형성, 즉 높은 연신율과 낮은 항복비, 그리고 낮은 재질 이방성을 나타내어야 한다. 또한, 압력용기 특성상 내압 특성이 우수하여야 하여야 하고, 압력 용기의 경량화를 위하여, 그 소재가 되는 열연강판의 경우 강도가 우수하여야 한다.

따라서, 성형성 및 고강도를 동시에 만족하는 열연 강판이 요구된다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0076743호(2010.07.06. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 반복 가압 특성이 우수한 저온 압력용기용 고강도 강판, 그 제조 방법 및 딥 드로잉 제품의 제조방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 공정 제어를 통하여, 성형성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.01~0.30%, 망간(Mn) : 1.20~1.80%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.10%, 니켈(Ni) : 0.05~0.25%, 보론(B) : 0.001~0.003% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 820℃ 이상의 열간 마무리 압연온도 조건으로 열간 압연한 후, 640℃ 이하까지 냉각하여 권취하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열간 압연은 820~880℃의 열간 마무리 압연온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각은 20~100℃/sec의 평균 냉각 속도로 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 권취는 580~640℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.01~0.30%, 망간(Mn) : 1.20~1.80%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.10%, 니켈(Ni) : 0.05~0.25%, 보론(B) : 0.001~0.003% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장 강도 600MPa 이상, 항복비 85% 이하 및 연신율 18% 이상을 나타내는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고강도 열연강판은 면적률로, 70% 이상의 페라이트 및 30% 이하의 펄라이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.

또한, 상기 고강도 열연강판은 재질 이방성 지수(△r)가 0.4 이하를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 열연강판 제조 방법에 의하면, 니켈(Ni), 보론(B) 등의 합금 성분 및 공정 제어를 통하여, 인장 강도가 600MPa 이상이면서도 연신율이 18% 이상, 항복비가 85% 이하, 재질 이방성 지수가 0.4 이하를 나타내는 열연강판을 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 고강도 열연강판은 고강도와 함께, 고연신율, 저항복비 및 낮은 재질 이방성을 나타낼 수 있어, 압력용기용 소재로 적합하다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 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, 본 발명에 따른 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

고강도 열연강판

본 발명에 따른 고강도 열연강판은 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.01~0.30%, 망간(Mn) : 1.20~1.80%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.10%, 니켈(Ni) : 0.05~0.25%, 보론(B) : 0.001~0.003%를 포함한다.

나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.

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

탄소(C)

탄소(C)는 강의 강도를 증가 시키는 기본 원소이나 0.10중량%를 초과하여 다량 첨가시 용접성이 저하되고, 압력용기 가공시 성형성 확보가 어려워 불량이 발생할 확률이 높아진다. 또한, 탄소 함량을 0.05 중량% 미만으로 첨가하면 원하는 강도 확보가 어렵다. 이에, 본 발명에서는 탄소의 함량을 강판 전체 중량의 0.05~0.10중량%로 제어하였다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)의 함량은 강판 전체 중량의 0.01~0.30중량%인 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 0.01 중량% 미만에서는 용강의 탈산 역할을 충분히 하지 않기 때문에 청청도가 좋지 않은 강을 얻을 수 있으며, 0.30중량%를 초과하여 과다 첨가시 Si에 의한 적스케일의 발생으로 인하여 표면 품질 저하 및 기계 작동에 영향을 미칠 수 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 FeS 형성에 의한 적열 취성을 방지하고 고용 강화 효과를 발생시켜 강의 강도를 증대시키는 역할을 한다.

상기 망간은 강판 전체 중량의 1.20~1.80중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 함량이 1.20중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반면, 망간의 함량이 1.80중량%를 초과하는 경우, 강판이 경질화되어 가공성이 저하될 수 있다.

인(P)

인(P)은 강재의 제조 시 편석될 확률이 높으며 이렇게 편석된 강은 재질 및 인성을 저하시키고, 성형 후 일정 시간이 지난 후에 파괴가 되는 지연 파괴의 원인이 된다.

이에 본 발명에서는 인의 함량을 강판 전체 중량의 0.03중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 망간과 결합하여 MnS 와 같은 비금속 개재물을 형성하여 압연 중 압연 방향으로 연신하게 되며 이러한 개재물들은 가공 공정 중에 후크 크랙과 같은 결함을 발생시키는 요인이 된다.

이에, 본 발명에서는 황의 함량을 강판 전체 중량의 0.005중량% 이하로 제어하였다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 강중의 탄소나 질소 등과 같은 원소와 결합하여 탄질화물을 형성하며 압연 시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화 시키는 원소이다. 이는 인성을 향상시키고 미세 석출물의 형성으로 인하여 석출 강화가 발생 하여 강의 강도도 크게 향상 시키는 역할을 한다.

상기 니오븀은 강판 전체 중량의 0.01~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀 함량이 0.01 중량% 미만인 경우는 그 효과가 미미할 수 있다. 또한, 니오븀 함량이 0.05 중량%를 초과하면 인성을 저하 시킬 수 있으며, 이는 딥드로잉시 가공성을 저해 하는 주요 요인이 될 수 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 니오븀과 마찬가지로 탄질화물을 형성하여 결정립을 미세화 시켜 인성을 향상 시키고, 미세 석출물의 형성으로 인하여 강의 강조를 높이는데 효과적인 원소이다.

상기 바나듐은 강판 전체 중량의 0.05~0.10중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 바나듐의 첨가량이 0.05중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 바나듐의 첨가량이 0.10중량%를 초과하면 인성 저하 및 딥드로잉시 가공성을 저해하는 주요 요인이 될 수 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소로써 펄라이트 형성을 억제하며, 저온변태 조직인 침상형 페라이트 형성을 용이하게 만드는 합금 원소이다.

상기 니켈은 강판 전체 중량의 0.05~0.25중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈의 첨가량이 0.05중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니켈의 첨가량이 0.25중량%를 초과하는 경우, 적열취성을 유발할 수 있다.

보론(B)

보론(B)은 압연 동안 BN으로 석출되면서 강 중의 고용 질소량을 감소시키기 때문에 연질화를 기대 할 수 있고, 강의 Ar3 변태점을 저하시켜 혼립 조직의 생성을 억제하는데 유효한 원소이다.

상기 보론은 강판 전체 중량의 0.001~0.003중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론의 첨가량이 0.001중량% 미만일 경우 그 첨가 효과가 불충분하다. 또한, 보론의 첨가량이 0.003중량%를 초과하는 경우, 저온변태조직이 형성되면서 강도가 상승하고 성형성이 저하될 수 있다.

상기의 합금조성을 갖는 본 발명에 따른 열연강판은 후술하는 공정 조건이 결부되어, 면적률로, 70% 이상의 페라이트 및 30% 이하의 펄라이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열연강판은 기계적 강도 측면에서 인장 강도 600MPa 이상을 나타내어 강도 및 내압 특성이 우수하면서, 항복비 85% 이하 및 연신율 18% 이상 및 재질 이방성 지수(△r) 0.4 이하의 높은 성형성을 나타낼 수 있다.

열연강판 제조 방법

본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 열간압연 단계 및 냉각/권취 단계를 포함한다. 열간압연 단계 이전에는 슬라브를 대략 1150~1300℃ 정도에서 1~4시간정도 재가열하는 과정이 수행될 수 있다.

열간압연 단계에서는 전술한 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 정해진 압하율로 열간압연한다. 본 발명에서는 고강도를 위하여 Nb, V가 복합첨가 되어 있기 때문에 ,이와 같은 석출원소는 열간압연의 마무리 압연 온도 구간에서 석출하여 오스테나이트의 재결정을 미세화 및 석출경화를 통해 강판의 강도를 증가 시킨다.

이때, 열간 마무리 압연온도(Finishing Delivery Temperature; FDT)는 820℃ 이상인 것이 바람직하다. 열간 마무리 압연온도가 820℃ 보다 낮을 경우, 미재결정된 오스테나이트의 영향으로 재질 이방성을 증가시키는 문제점이 있다.

한편, 열간 마무리 압연온도가 880℃를 초과하는 경우, 오스테나이트의 재결정이 유발되어 급속한 결정립 성장을 일으켜, 인장 강도가 불충분한 경우가 발생할 우려가 있다. 따라서, 열간 마무리 압연온도는 820~880℃인 것이 보다 바람직하다.

이후, 냉각/권취 단계에서는 열간압연된 강을 640℃ 이하까지 냉각하여 권취한다.

이때, 냉각은 20~100℃/sec의 평균 냉각 속도로 수행되는 것이 바람직하다. 평균냉각속도가 20℃/sec를 초과하는 경우 조대한 미세조직 형성으로 인하여 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 평균냉각속도가 100℃/sec를 초과하는 경우, 재질 이방성이 증가할 수 있다.

또한, 권취 온도(Coiling Temperature; CT)는 640℃ 이하에서 수행되는 것이 바람직하다. 권취온도가 640℃를 초과하는 경우, 조대한 페라이트와 펄라이트 형성되고, 니오븀, 바나듐 석출물도 조대해져 강판의 강도가 불충분할 수 있다.

한편, 권취온도가 580℃ 미만인 경우, 베이나이트 조직이 발생되어 강도는 증가하나 소재의 인성이 크게 저하되고 재질 이방성도 크게 증가할 수 있다. 따라서, 권취 온도는 580~640℃인 것이 바람직하다.

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. 시편 제조

표 1에 기재된 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 1200℃에서 2시간동안 재가열한 후, 850℃ 마무리 열간압연 조건으로 압연하였다. 이후, 50℃/sec의 평균냉각속도로 600℃까지 냉각하여 시편 1~3을 제조하였다.

[표 1]

2. 기계적 물성 평가

표 2는 제조된 시편 1~3의 기계적 물성을 나타낸 것이다.

표 2에서 재질 이방성 지수(△r)는 JIS 5호 시험편을 이용하여 3점법으로, 압연방향에 대하여 0°, 45°, 90° 각 방향의 평균 랭크포드값(r₀, r₉₀, r₄₅)을 측정하고, △r=(r₀+r₉₀+2r₄₅)/2로 산출하였다.

[표 2]

표 2를 참조하면, 본 발명에서 제시한 합금 조성을 만족하는 시편 3의 경우, 목표로 하는 인장 강도 600MPa 이상, 항복비 85% 이하, 연신율 18% 이상 및 재질 이방성 지수(△r)가 0.4 이하를 만족하였다.

그러나, 시편 1의 경우, 바나듐, 니켈, 보론이 첨가되지 않은 니오븀(Nb) 첨가강으로서, 재질 이방성 지수가 0.65를 나타내는 바, deep drawing 가공시 귀 발생 우려가 있다.

또한, 시편 2의 경우, 니오븀 및 바나듐은 첨가되되, 니켈 및 보론이 첨가되지 않은 강으로서, 시편 1에 비하여 낮은 재질 이방성 지수를 가지며, 실제로 200mm의 가공 드로잉 시에도 귀가 발생 하지 않았지만, 인장강도가 600MPa 이하의 값이 나왔다.

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.

Claims

중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.01~0.30%, 망간(Mn) : 1.20~1.80%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.10%, 니켈(Ni) : 0.05~0.25%, 보론(B) : 0.001~0.003% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 강 슬라브를 820℃ 이상의 열간 마무리 압연온도 조건으로 열간 압연한 후, 640℃ 이하까지 냉각하여 권취하는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 열간 압연은 820~880℃의 열간 마무리 압연온도 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각은 20~100℃/sec의 평균 냉각 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 권취는 580~640℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판 제조 방법.
중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.01~0.30%, 망간(Mn) : 1.20~1.80%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 니오븀(Nb) : 0.01 ~ 0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.10%, 니켈(Ni) : 0.05~0.25%, 보론(B) : 0.001~0.003% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
인장 강도 600MPa 이상, 항복비 85% 이하 및 연신율 18% 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
제5항에 있어서,
상기 고강도 열연강판은 면적률로, 70% 이상의 페라이트 및 30% 이하의 펄라이트를 포함하는 미세조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
제5항에 있어서,
상기 열연강판은 재질 이방성 지수(△r)가 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.