KR20170005251A - 고강도 고연성 페라이트계 경량 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 구현례에 의한 페라이트계 강판은, 전체 조성 100중량%를 기준으로, C:0.01 내지 0.3 중량%, Mn:0.5 내지 8 중량%, Al:5 내지 12 중량%, 및 Nb:0.015 내지 0.2 중량% 를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함할 수 있다.

Description

고강도 고연성 페라이트계 경량 강판 및 그 제조방법{FERRIC LIGHTWEIGHT STEEL SHEET HAVING EXCELLENT STRENGTH AND DUCTILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
고강도 고연성 페라이트계 경량 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
강재 내에 Al을 다량 함유한 경량철강은 높은 비강도를 가지기 때문에 자동차 부품과 같은 첨단 구조재료로서 각광받고 있다. 경량철강은 페라이트계 경량철강, 오스테나이트계 경량철강, 및 페라이트-오스테나이트 2상조직 (듀플렉스) 경량철강으로 나눌 수 있다.
페라이트계 경량철강은 오스테나이트 안정화를 위한 합금원소의 첨가가 필요하지 않기 때문에, 다른 종류의 경량철강에 비해 합금비용의 측면에서 경제적이다.
그러나 Al함량이 8 중량%을 넘는 경우, 페라이트계 경량철강의 연성이 크게 저하되는 문제가 보고되고 있다. 이는 Fe와 Al의 결합에너지가 높아, Al의 함량이 높은 경우 규칙 구조를 형성하고, 고용강화 효과가 지나치게 높아져서 전위의 활동성이 크게 억제되기 때문이다.
한편, C은 철강의 강도향상에 가장 효과적인 원소이나, 페라이트계 경량철강에 C를 첨가하는 경우, 결정립계에 κ-탄화물((Fe,Mn)3AlC)이 형성되어 취성파괴를 유발하기 때문에, C을 매우 낮은 수준으로 제어하여 κ-탄화물의 생성을 억제하는 것이 일반적이다.
구조재에서 결정립의 크기가 기계적 성질에 중요한 영향을 미치는 것은 일반적으로 널리 알려져 있지만, 그간의 페라이트계 경량철강의 연구에서는 결정립의 크기를 제어하여 물성을 향상시키고자 하는 시도가 부족한 실정이다. 그 동안 연구된 대부분의 페라이트계 경량철강의 결정립의 크기는 40 내지 90μm로 매우 조대하며, 이로 인해 강도 및 연성이 동급의 탄소강에 비해 낮은 수치를 갖는 단점이 있어 상용화에 불리하였다.
본 발명의 일 구현례는 고강도 및 고연성을 갖는 페라이트계 경량 강판을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현례는 고강도 및 고연성을 갖는 페라이트계 경량 강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현례에 의한 고강도 고연성 페라이트계 강판은, 전체 조성 100중량%를 기준으로, C:0.01 내지 0.3중량%, Mn:0.5 내지 8 중량%, Al:5 내지 12 중량%, 및 Nb:0.015내지 0.2 중량% 를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함할 수 있다.
강판의 내에 존재하는 결정립의 평균 입경은 30㎛ 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 결정립의 평균 입경은 15㎛ 이하일 수 있다.
페라이트계 강판은 전체 조성 100중량%를 기준으로, Si:0.04 내지 2.0 중량%, Cr:2.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Mo:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ni:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ti:0.1 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), V:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), B:0.01 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Zr:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 페라이트계 강판은 강판 내부에 존재하는 구형, 타원형, 침상형 또는 밴드형인 κ-탄화물을 포함할 수 있다.
상기 κ-탄화물은 강판의 전체 부피 100부피%를 기준으로 1 내지 10 부피%일 수 있다.
상기 κ-탄화물의 입경은 20 nm 내지 10㎛이고, κ-탄화물은 단위면적(mm2)당 5×103 내지 1×106 개 존재할 수 있다.
상기 페라이트계 강판은 강판 내부에 존재하는 NbC 화합물을 포함할 수 있다.
상기 NbC 화합물을 강판의 전체 부피 100부피%를 기준으로 0.01 내지 1 부피% 포함할 수 있다.
상기 NbC 화합물의 입경은 10 nm 내지 1 ㎛ 이고, NbC 화합물은 단위면적(mm2)당 5×104 내지 3×105 개 존재할 수 있다.
상기 페라이트계 강판에서, Al의 함량은 10 내지 12 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의한 페라이트계 강판의 제조방법은, 전체 조성 100중량%를 기준으로, C:0.01 내지 0.3 중량%, Mn:0.5 내지 8 중량 %, Al:5 내지 12 중량 %, 및 Nb:0.015 내지 0.2 중량% 를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 열간 조압연하는 단계; 상기 열간 조압연이 완료된 강판을 냉간 압연하는 단계; 및 상기 냉간 압연이 완료된 냉연 강판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함한다.
상기 슬라브를 가열하는 단계에서 가열 온도는 1000 내지 1250℃일 수 있다.
상기 슬라브를 열간 조압연하는 단계에서 열간 조압연 온도는 700 내지 1250℃일 수 있다.
상기 열간 조압연하는 단계 이후 600 내지 850℃에서 온간 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 온간 압연하는 단계 이후 700 내지 900℃에서 중간 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 중간 소둔하는 단계 이후 600 내지 850℃에서 온간 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열간 조압연하는 단계 이후 1000 내지 1250℃에서 열간 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열간 압연하는 단계 이후 700 내지 900℃에서 중간 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 냉연판 소둔하는 단계에서, 냉연판 소둔 온도는 650 내지 900℃일 수 있다.
상기 슬라브는 전체 조성 100중량%를 기준으로, Si:0.04 내지 2.0 중량%, Cr:2.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Mo:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ni:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ti:0.1 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), V:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), B:0.01 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Zr:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의하면 비중이 낮고 인장강도가 높으며 연신율이 큰 페라이트계 강판을 제공할 수 있다.
도 1 은 열간 조압연이 완료된 발명강1의 광학 현미경 사진이다.
도 2 는 열간 조압연이 완료된 비교강2의 광학 현미경사진이다.
도 3 은 열간 조압연이 완료된 발명강1의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4 는 열간 조압연이 완료된 발명강1의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 5 는 온간 압연이 완료된 발명강1의 SEM 사진이다.
도 6은 중간 소둔이 완료된 발명강1 의 SEM 사진이다.
도 7 은 냉간 압연이 완료된 냉연강판의 소둔 전 발명강1의 전자후방산란회절(EBSD) 분석 사진이다.
도 8 은 발명강1을 700℃에서 5분간 냉연판 소둔한 EBSD 분석 사진이다.
도 9 는 발명강1을 700℃에서 15분간 냉연판 소둔한 EBSD 분석 사진이다.
도 10 은 냉연판 소둔이 완료된 이후 발명강1의 SEM 사진이다.
도 11 은 냉연판 소둔이 완료된 비교강2의 SEM 사진이다.
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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐서 RD는 압연 방향, ND는 강판의 판면에 수직한 방향을 의미한다.
본 발명의 일 구현례에 의한 페라이트계 강판은, 전체 조성 100중량%를 기준으로, C:0.01 내지 0.3 중량%, Mn:0.5 내지 8 중량%, Al:5 내지 12 중량%, 및 Nb:0.015 내지 0.2 중량% 를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함할 수 있다.
상기 페라이트계 강판은 전체 조성 100중량%를 기준으로, Si:0.04 내지 2.0 중량%, Cr:2.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Mo:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ni:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ti:0.1 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), V:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), B:0.01 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Zr:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
먼저 조성 한정의 이유에 대하여 설명한다.
C는 고용강화효과에 의해 강판의 비중 대비 강도 향상에 중요한 역할을 하며, NbC탄화물 및 카파탄화물 (κ-탄화물, (Fe,Mn)3AlC)을 형성하여 최종제품의 결정립을 미세화 하는 필수원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 탄소의 첨가량이 0.01 중량% 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.3 중량% 초과인 경우에는 κ-탄화물 고온석출을 조장하여 강판의 열간가공성 및 냉간가공성을 크게 열화시키므로, 본 발명에서는 탄소의 함량을 0.01 내지 0.3 중량%로 제한함이 바람직하다. 보다 구체적으로 발명강은 C를 0.03 중량% 내지 0.25 중량% 포함할 수 있다.
Mn은 Fe와 Al의 규칙화 (ordering)를 방해하여 금속간화합물의 형성에 의한 취화를 억제할 뿐 만아니라, 강의 제조공정 중 불가피하게 함유되는 S와 결합하여 MnS를 형성함으로써 고용S에 의한 입계취화를 억제하는 역할을 한다. Mn의 첨가량이 0.5 중량% 미만일 경우 전술한 효과를 얻기 어려우며, 8 중량% 초과인 경우에는 오스테나이트를 형성하여 균질한 페라이트 조직을 얻을 수 없다. 보다 구체적으로 Mn은 1 중량% 내지 6 중량% 포함할 수 있다.
Al은 강판의 비중을 낮추는 원소로써 그 첨가량이 5 중량% 미만일 경우, 비중저감 효과가 미미하여, 12 중량% 초과인 경우에는 기지의 규칙화 (ordering)을 촉진하여, 강판의 연성이 저하될 수 있다. 보다 구체적으로 Al은 7중량% 내지 12 중량% 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 구현례에서는 Al을 고함량으로 첨가하더라도 연성의 저하를 보완할 수 있으므로 본 발명의 일 구현례에서 Al은 10 내지 12중량%일 수 있다.
Nb는 탄질화물 형성원소로서, 강재의 강도 및 성형성을 향상시키며, 결정립 미세화에 의하여 강의 인성을 향상시키는 역할을 한다. 전술한 효과를 얻기 위해서는 그 첨가량이 0.015중량% 이상인 것이 바람직하다. 그 함량이 0.2 중량% 초과인 경우에는 과도한 탄화물 석출에 의하여 제조성 및 강의 물성을 열화시킨다. 보다 구체적으로 Nb는 0.02 중량% 내지 0.15 중량% 포함할 수 있다.
Si는 고용강화에 의해 강판의 강도를 향상시키며, 비중이 낮아 강판의 비강도 향상에 유효한 원소이다. 그 첨가량이 0.04 중량% 미만일 경우 전술한 효과를 얻기 어려울 수 있으며, 2.0 중량% 초과인 경우에는 열간가공성을 저하시킬 뿐만 아니라, 금속간화합물의 형성을 촉진하여 강재의 취화를 유발할 수 있다.
Cr는 강의 강도-연성 밸런스를 향상시킬 뿐만 아니라, κ-탄화물의 과도한 석출을 억제하는 역할을 한다. 그 첨가량이 2.0중량% 초과인 경우 강의 연성 및 인성을 열화시키며, 고온에서 세멘타이트 등 탄화물의 석출을 조장함으로써 강의 열간가공성 및 냉간가공성을 크게 저하시킬 수 있다.
Mo는 강의 강도 및 인성을 향상시키는 역할을 한다. 그 첨가량이 1.0 중량% 초과인 경우 경질상 또는 석출물의 과도한 생성을 조장함으로써, 제조성 및 강의 물성을 열화시킬 수 있다.
Ni는 κ-탄화물의 과도한 석출을 억제하고, 강도 및 인성을 향상시키는 역할을 한다. 그 첨가량이 1.0 중량% 초과인 경우 금속간화합물의 형성을 촉진하여 강의 물성을 열화시킨다.
Ti는 탄질화물 형성원소로서, 강재의 강도 및 성형성을 향상시키며, 결정립 조대화를 억제하는 효과가 있지만, 그 첨가량이 0.1 중량% 초과인 경우 인성이 저하될 수 있다.
V는 미세한 탄질화물을 형성하고 결정립 조대화를 억제하는 효과가 있지만, 그 첨가량이 0.2 중량% 초과인 경우 인성이 저하될 수 있다.
B는 미량 첨가로 인성 향상이나 경질 제2상의 생성을 촉진한다. 그 첨가량이 0.01 중량% 초과인 경우 열간가공성이나 연성 및 인성을 저하시킬 수 있다.
Zr은 S의 편석에 의한 열간 가공성이나 인성의 열화를 억제하는 유효한 원소이나, 그 첨가량이 0.2 중량% 초과인 경우 인성이 저하될 수 있다.
페라이트계 강판의 결정립의 평균 입경은 30㎛ 이하일 수 있다. 결정립의 입경이 30㎛ 초과인 경우 인장 강도 및 연성이 저하될 수 있다. 보다 구체적으로 결정립의 평균 입경은 15 ㎛ 이하일 수 있다.
페라이트계 강판은 κ-탄화물을 포함할 수 있다. κ-탄화물은 화학식 (Fe,Mn)3AlC 로 표현되고 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물이다.
κ-탄화물은 강판의 전체 부피 100부피%를 기준으로 0.5 내지 10 부피%일 수 있다. κ-탄화물이 0.5 부피% 미만인 경우 페라이트 결정립 미세화 효과가 없으며, 10 부피% 초과인 경우 가공성 및 연성을 저하시킨다.
상기 κ-탄화물의 입경은 20 nm 내지 10 ㎛ 이고, 단위면적(mm2)당 5×103 내지 1×106 개 존재할 수 있다.
κ-탄화물은 구형,, 타원형, 침상형또는 밴드(band)형태일 수 있다. 보다 구체적으로 κ-탄화물은 구형 또는 타원형일 수 있다. 침상형 또는 밴드(band)형태일경우, κ-탄화물이 취성파괴를 유발하는 문제가 발생할 수 있다. 이 때, 구형 또는 타원형이란 종횡비(aspect ratio)가 4 미만인 것을 의미하고, 침상형 또는 (band)형태의 κ-탄화물은 종횡비 (aspect ratio)가 4이상인 것을 의미한다.
또한, 상기 페라이트계 강판은 강판 내부에 존재하는 NbC 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 NbC 화합물은 강판의 전체 부피 100부피%를 기준으로 0.01 내지 1 부피% 일 수 있다. NbC 화합물이 0.01 부피% 미만인 경우 페라이트 결정립의 조대화를 억제하는 효과가 적고, 1 부피% 초과인 경우 과도한 탄화물 형성에 의해 연성을 저하시킨다.
상기 NbC 화합물의 입경은 10 nm 내지 1 ㎛ 이고, 단위면적(mm2)당 5×104 내지 3×105 개 존재할 수 있다. 전술한 범위에서 페라이트 결정립의 조대화를 억제하는 효과를 향상 시킬 수 있다.
상기 페라이트계 강판은 인장강도가 450MPa 이상일 수 있다. 보다 구체적으로는 650MPa 이상일 수 있다.
또한, 상기 페라이트계 강판은 경량화율 7% 이상일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현례에 의한 페라이트계 강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, 전체 조성 100중량%를 기준으로, C:0.01 내지 0.3 중량%, Mn:0.5 내지 8 중량%, Al:5 내지 12 중량%, 및 Nb:0.015내지 0.2중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 가열한다(S100).
상기 슬라브를 가열하는 온도는 1000 내지 1250℃일 수 있다. 상기 슬라브를 가열하는 온도가 1000℃ 미만이면 압연성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 슬라브를 가열하는 온도가 1250℃ 초과이면, Al의 부분용융에 의하여 액체 금속 취화 현상이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로 1100℃ 내지 1200℃로 가열할 수 있다.
이후 가열이 완료된 슬라브를 열간 조압연한다(S200). 상기 열간 조압연 온도는 700 내지 1250℃일 수 있다. 열간 조압연 온도가 700℃ 미만이면 압연성이 저하될 수 있으며, 1250℃ 초과이면 융점이 낮은 Al에 의하여 입계 취화가 발생하여 압연성이 저하될 수 있다.
열간 조압연이 완료된 이후, 온간 압연을 실시할 수 있다(S210).
상기 온간 압연 온도는 600 내지 850℃일 수 있다. 상기 온간 압연 온도가 600℃ 미만이면 압연롤에 과부하가 걸릴 수 있으며, 850℃ 초과시 강판에서 재결정이 발생하여 최종 미세조직을 제어하기 어려워 질 수 있다.
상기 온간 압연이 완료된 이후 강판을 중간 소둔할 수 있다(S211). 상기 중간 소둔 온도는 700 내지 900℃일 수 있다. 중간 소둔 온도가 700℃미만, 소둔시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다. 중간 소둔 온도가 900℃ 초과이면 카파탄화물이 분해되어 페라이트 재결정 핵생성처로서 기능을 할 수 없게 되며, 이로 인해 결정립 미세화 효과가 저감될 수 있다. 보다 구체적으로 중간 소둔 온도는 800 내지 900℃일 수 있다.
중간 소둔이 완료된 이후 다시 온간 압연을 실시할 수 있다(S211-1).
상기 온간 압연 온도는 600 내지 850℃일 수 있다. 상기 온간 압연 온도가 600℃ 미만이면 압연롤에 과부하가 걸릴 수 있으며, 850℃ 초과시 강판에서 재결정이 발생하여 최종 미세조직을 제어하기 어려워 질 수 있다.
열간 조압연이 완료된 이후, 열간 압연을 실시할 수 있다(S220).
열간 압연 온도는 1000 내지 1250℃일 수 있다. 열간 압연 온도가 1000℃ 미만이면 압연성이 저하될 수 있으며, 1250℃ 초과이면 융점이 낮은 Al에 의하여 입계 취화가 발생하여 압연성이 저하될 수 있다.
상기 열간 압연이 완료된 이후 강판을 중간 소둔할 수 있다(S221). 상기 중간 소둔 온도는 700 내지 900℃일 수 있다. 중간 소둔 온도가 700℃미만, 소둔시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다. 중간 소둔 온도가 900℃ 초과이면 카파탄화물이 분해되어 페라이트 재결정 핵생성처로서 기능을 할 수 없게 되며, 이로 인해 결정립 미세화 효과가 저감될 수 있다. 보다 구체적으로 중간 소둔 온도는 800 내지 900℃일 수 있다.
이후 강판을 냉간 압연한다(S300). 냉간 압연하는 단계에서 압하율은 30 내지 90% 일 수 있다. 단, 압하율은 (압연 전 강판의 두께-압연 후 강판의 두께)/(압연 전 강판의 두께)이다.
그 다음, 냉간 압연이 완료된 냉연 강판을 소둔한다(S400). 냉연 강판(냉연판)을 소둔하는 온도는 650 내지 900℃일 수 있다. 냉연판 소둔 온도가 650℃ 미만이면 재결정이 지연되어 생산성이 저하되며, 냉연판 소둔 온도가 900℃ 초과이면 κ-탄화물이 분해되어 오스테나이트가 형성되므로 균질한 미세조직을 얻을 수 없으며, 결정립 성장에 의한 조대화가 일어나 물성이 열화될 수 있다.
열간 조압연이 완료된 강판의 내부에는 도 3과 같이 κ-탄화물이 침상형으로 존재한다. 이러한 κ-탄화물은 취성파괴를 유발한다. 그러나 본 발명의 일 구현례에 의한 페라이트계 강판의 제조방법에서는 온간 압연 및 냉간 압연시 κ-탄화물이 분절되어, 침상형의 κ-탄화물이 도 6 및 도 10과 같이 구형 또는 타원형으로 변형되어 강판의 내부에 미세하고 고르게 분포한다.
외부에서 힘이 가해질 경우 이러한 κ-탄화물과 기지의 계면에는 응력이 집중되므로, 압연시 κ-탄화물의 주변에 변형이 집중된다. 따라서 냉연판 소둔시에 κ-탄화물은 새로운 BCC 결정입자의 핵생성 사이트(site)로써 작용하게 되고, 최종 미세조직의 결정립 크기를 미세화할 수 있다.
또한, 열간 압연이 완료된 강판의 내부에는 도 4와 같이 NbC화합물이 존재한다. 이러한 NbC화합물은 열간 조압연시 동적재결정을 억제하며, 냉연판 소둔시에는 결정립 성장을 억제하는 역할을 한다. 따라서 결정립의 크기를 미세화할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예1>
[슬라브 가열 및 열간 조압연]
표 1 과 같은 조성을 가지고, 잔부는 Fe 및 불순물인 슬라브를 준비하였다. 슬라브의 두께는 70mm, 폭은 140mm 이었다. 일부 발명강 및 비교강의 비중을 표1에 나타내었다. 상기 슬라브를 1200℃에서 1시간 30분 동안 가열하였다. 이후 슬라브를 1100℃에서 패스당 25%의 압하율로 열간 조압연을 실시하여 1000℃에서 마무리 압연을 하였다. 열간 조압연이 완료된 강판의 두께는 20mm 였다. 도 1은 열간 조압연이 완료된 발명강1의 광학 현미경 사진이다. 또한, 도 2는 열간 조압연이 완료된 비교강2의 광학 현미경사진이다. 도 1 및 도 2를 참고하면 발명강1의 결정립의 입경이 비교강 2 에 비하여 미세한 것을 알 수 있다.
또한, 도 3은 열간 조압연이 완료된 발명강1의 SEM 사진이다. 도 3을 참고하면 침상형의 κ-탄화물이 기지내에 존재하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4는 열간 조압연이 완료된 발명강1의 TEM 사진이다. 도 4를 참고하면 기지내에 κ-탄화물 및 NbC 화합물이 존재함을 알 수 있다.
Steel No. Al
(중량%)		 Mn
(중량%)		 Nb
(중량%)		 Si
(중량%)		 C
(중량%)		 비중
(g/cc)
발명강 1 8.3 4.9 0.095 - 0.094 6.96
발명강 2 6.78 5.08 0.095 0.006 0.107 7.11
발명강 3 7.68 5.04 0.095 - 0.107 7.02
발명강 4 8.49 4.45 0.101 0.07 0.114 6.93
발명강 5 9.53 4.18 0.08 0.05 0.104 6.84
발명강 6 10.45 4.13 0.08 0.05 0.091 6.78
발명강 7 11.8 4.25 0.08 0.06 0.089 6.72
발명강 8 7.86 4.43 0.096 0.04 0.0045 7.00
발명강 9 8.02 4.30 0.089 - 0.0227 6.99
발명강 10 7.33 5.27 0.074 - 0.047 7.05
발명강 11 8.30 4.66 0.032 - 0.088 6.96
발명강 12 8.28 4.42 0.034 0.06 0.204 6.96
발명강 13 11.00 4.51 0.040 0.007 0.210 6.75
발명강 14 6.68 4.62 0.09 1.16 0.098 7.04
발명강 15 8.84 4.40 0.041 0.254 0.216 6.90
발명강 16 8.91 4.64 0.041 0.541 0.213 6.88
비교강 1 8.06 - - - 0.0096 7.00
비교강 2 7.89 4.42 - - 0.0170 6.99
<실시예 1-1>
[온간압연, 중간소둔, 온간압연, 냉간압연 및 냉연판 소둔]
실시예 1에서 열간 조압연이 완료된 강판을 650 ℃에서 3 mm의 두께로 온간압연하였다. 패스당 압하율은 30%였으며, 패스간 5분간 재가열을 실시하였다. 온간압연이 완료된 이후 850℃ 에서 15분 동안 중간소둔을 실시한 후, 상온까지 공냉하였다.
도 5는 온간압연이 완료된 발명강1의 SEM사진이다. 도 6은 중간소둔이 완료된 발명강1의 SEM사진이다.
도 5 및 도 6을 참고하면 침상형의 κ-탄화물이 분절되어 구형 또는 타원형으로 되었음을 알 수 있다.
상기의 3 mm두께의 강판을 650 ℃에서 재가열한 후, 1.5 mm의 두께로 다시 온간압연하였다. 온간압연판을 염산으로 피클링을 시행한 후, 1 mm의 두께로 냉간압연하였다. 이후 750 ℃에서 1시간 동안 냉연판 소둔처리를 하였으며, 이후 공냉하였다.
도 7 내지 도 9는 각각 냉연판 소둔 전, 5분간 냉연판 소둔 후 및 15분간 냉연판 소둔한 강판의 EBSD 분석 사진이다. 도 8 의 화살표의 위치를 참고하면 구형의 κ-탄화물 근처에서 새로운 결정립이 생성되었음을 알 수 있다. 이로써 구형의 κ-탄화물은 핵생성 사이트로써 작용함을 알 수 있다.
또한, 도 10 은 냉연판 소둔이 완료된 이후 발명강1의 SEM 사진이다.
도 10을 참고하면 구형의 κ-탄화물 결정립경을 따라서 분포한다. 이로써 구형의 κ-탄화물이 결정립 성장 억제제로 작용하였음을 알 수 있다.
도 11 은 냉연판 소둔이 완료된 비교강2의 SEM 사진이다. 도 10 및 도 11을 비교하면 비교강2에 비하여 발명강1의 결정립이 미세함을 알 수 있다.
최종 소재에 대하여 결정립 크기를 측정하고, 인장시험을 실시하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Steel No. 항복강도
(MPa)		 최대인장강도
(MPa)		 균일 연신율
(%)		 전체 연신율
(%)		 결정립크기
(㎛)
발명강 1-1 583.5 673.1 15.5 30.4 9.9
발명강 5-1 634.1 731.5 14.0 26.7 9.5
발명강 6-1 698.6 806.1 11.8 23.6 9.8
발명강 7-1 809.8 935.1 7.2 7.2 11.5
발명강 8-1 529.6 637.0 14.0 30.4 20
발명강 9-1 506.4 614.8 17.6 31.7 14
발명강 10-1 551.7 640.4 17.1 33.6 14
비교강 1-1 413.3 523.7 14.65 31.5 59
비교강 2-1 483.5 595.5 14.2 32.1 36
<실시예 1-2>
[열간압연, 냉간압연 및 냉연판 소둔]
실시예 1에서 열간 조압연이 완료된 20 mm두께의 강판을 1200℃에서 1시간 재가열한 후, 1100℃에서 3 mm의 두께로 열간압연한 후 공냉하였다. 열간압연 시 패스당 압하율은 25%였다. 열간압연판을 염산으로 피클링을 실시한 후, 1 mm의 두께로 냉간압연하였다. 이후 750 ℃에서 1시간 동안 냉연판 소둔처리를 하였으며, 이후 공냉하였다.
발명강10 (표1 참조)의 조성을 갖는 최종 소재에 대하여 결정립 크기를 측정하고, 인장시험을 실시하여 그 결과를 하기 표 3에 발명강10-2로 나타내었다.
<실시예1-2-1>
[열간압연, 중간소둔, 냉간압연 및 냉연판 소둔]
실시예 1에서 열간 조압연이 완료된 20 mm두께의 강판을 1200 ℃에서 1시간 재가열한 후, 1100 ℃에서 3 mm의 두께로 열간압연한 후 공냉하였다. 열간압연 시 패스당 압하율은 25%였다. 열간압연이 완료된 이후 850 ℃에서 15분 동안 중간소둔을 실시한 후, 상온까지 공냉하였다. 중간소둔판을 염산으로 피클링을 실시한 후, 1 mm의 두께로 냉간압연하였다. 이후 750 ℃에서 1시간 동안 냉연판소둔처리를 하였으며, 이후 공냉하였다.
발명강10 (표1 참조)의 조성을 갖는 최종 소재에 대하여, 인장시험을 실시하여 그 결과를 표3에 발명강10-2-1로 나타내었다.
Steel No. 항복강도
(MPa)		 최대인장강도
(MPa)		 균일 연신율
(%)		 전체 연신율
(%)		 결정립크기
(㎛)
발명강 10-2 529.4 616.1 15.0 28.9 19.8
발명강 10-2-1 543.6 629.4 15.4 28.7 18.6
<실시예1-3>
[온간압연, 중간소둔, 냉간압연 및 냉연판 소둔]
실시예 1에서 열간조압연이 완료된 강판을 650 ℃에서 3 mm의 두께로 온간압연하였다. 패스당 압하율은 30%였으며, 패스간 5분간 재가열을 실시하였다. 온간압연이 완료된 이후 850℃에서 15분 동안 중간소둔을 실시한 후, 상온까지 공냉하였다. 중간소둔판을 염산으로 피클링을 시행한 후, 1 mm의 두께로 냉간압연하였다. 이후 650 ℃에서 1시간 동안 냉연판소둔처리를 하였으며, 이후 공냉하였다.
최종 소재에 대하여 결정립 크기를 측정하고, 인장시험을 실시하여 그 결과를 표4에 나타내었다.
<실시예1-3-1>
실시예 1-3과 동일하게 실시하되, 발명강2 (표1 참조)의 조성을 갖는 냉간압연판을 700 ℃에서 1시간 동안 냉연판 소둔처리를 하였으며, 이후 공냉하였다. 최종소재에 대하여, 결정립크기를 측정하였으며, 인장시험을 실시하여 그 결과를 표4에 발명강2-3-1로 나타내었다.
<실시예1-3-2>
실시예 1-3과 동일하게 실시하되, 발명강4 (표1 참조)의 조성을 갖는 냉간압연판을 850 ℃에서 1분 동안 냉연판소둔처리를 하였으며, 이후 공냉하였다. 최종소재에 대하여, 인장시험을 실시하여 그 결과를 표4에 발명강4-3-2로 나타내었다.
<실시예1-4>
[온간압연, 냉간압연 및 냉연판 소둔]
실시예 1에서 열간조압연이 완료된 강판을 650 ℃에서 3 mm의 두께로 온간압연하였다. 패스당 압하율은 30%였으며, 패스간 5분간 재가열을 실시하였다. 온간압연판을 염산으로 피클링을 시행한 후, 1 mm의 두께로 냉간압연하였다. 이후 650 ℃에서 1시간 동안 냉연판소둔처리를 하였으며, 이후 공냉하였다.
발명강4 (표1 참조)의 조성을 갖는 최종소재에 대하여, 인장시험을 실시하여 그 결과를 표4에 발명강4-4으로 나타내었다.
Steel No. 항복강도
(MPa)		 최대인장강도
(MPa)		 균일 연신율
(%)		 전체 연신율
(%)		 결정립크기
(㎛)
발명강 1-3 599.6 694.5 16.5 30.7 9.8
발명강 2-3 551.8 683.7 13.7 23.3 18
발명강 3-3 530.7 660.8 16.4 31.5 8.0
발명강 4-3 586.0 707.7 17.9 32.5 7.2
발명강 5-3 645.2 755.6 17.2 32.1 7.6
발명강 6-3 701.4 816.4 14.4 25.1 8.4
발명강 7-3 822.4 946.6 9.7 9.9 8.2
발명강 10-3 548.6 629.6 16.3 30.1 12.3
발명강 11-3 581.1 670.9 15.9 29.7 7.2
발명강 12-3 641.6 756.7 16.9 31.0 6.0
발명강 13-3 728.6 843.2 13.8 22.8 7.1
발명강 14-3 698.1 809.6 15.8 29.1 8.4
발명강 15-3 690.7 804.2 15.4 28.8 7.3
발명강 16-3 785.7 888.3 12.5 23.7 6.1
발명강 2-3-1 551.8 683.7 13.7 23.3 18
발명강 4-3-2 598.5 702.5 15.5 28.3 9.7
발명강 4-4 618.3 729.6 13.8 24.5 9.2
비교강 1-3 402.4 510.1 17.4 41.2 50
비교강 2-3 484.0 592.2 16.9 35.9 32
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 전체 조성 100중량%를 기준으로, C:0.01 내지 0.3중량%, Mn:0.5 내지 8 중량%, Al:5 내지 12 중량%, 및 Nb:0.015내지 0.2 중량% 를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하되,
    강판의 내에 존재하는 결정립의 평균 입경은 30㎛ 이하인 페라이트계 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정립의 평균 입경은 15㎛ 이하인 페라이트계 강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 페라이트계 강판은 전체 조성 100중량%를 기준으로, Si:0.1 내지 1.5 중량%, Cr:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Mo:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ni:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ti:0.1 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), V:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), B:0.01 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Zr:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), 또는 이들의 조합을 더 포함하는 페라이트계 강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 페라이트계 강판 내부에 존재하는 구형, 타원형, 침상형 또는 밴드형인 κ-탄화물을 포함하는 페라이트계 강판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 κ-탄화물을 강판의 전체 부피 100부피%를 기준으로 1 내지 10 부피% 포함하는 페라이트계 강판.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 κ-탄화물의 입경은 20 nm 내지 10㎛이고,
    κ-탄화물은 단위면적(mm2)당 5×103 내지 1×106 개 존재하는 페라이트계 강판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 페라이트계 강판 내부에 존재하는 NbC 화합물을 포함하는 페라이트계 강판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 NbC 화합물을 강판의 전체 부피 100부피%를 기준으로 0.1 내지 1 부피% 포함하는 페라이트계 강판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 NbC 화합물의 입경은 10 nm 내지 1 ㎛ 이고,
    NbC 화합물은 단위면적(mm2)당 5×104 내지 3×105 개 존재하는 페라이트계 강판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    Al의 함량은 10 내지 12 중량%인 페라이트계 강판.
  11. 전체 조성 100중량%를 기준으로, C:0.01 내지 0.3 중량%, Mn:0.5 내지 8 중량%, Al:5 내지 12 중량%, 및 Nb:0.015내지 0.2중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불순물을 포함하는 슬라브를 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 열간 조압연하는 단계;
    상기 열간 조압연이 완료된 강판을 냉간 압연하는 단계; 및
    상기 냉간 압연이 완료된 냉연 강판을 냉연판 소둔하는 단계를 포함하는 페라이트계 강판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계에서 가열 온도는 1000 내지 1250℃인 페라이트계 강판의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 슬라브를 열간 조압연하는 단계에서 온도는 700 내지 1250℃인 페라이트계 강판의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 열간 조압연하는 단계 이후 600 내지 850℃에서 온간 압연하는 단계를 더 포함하는 페라이트계 강판의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 온간 압연하는 단계 이후 700 내지 900℃에서 중간 소둔하는 단계를 더 포함하는 페라이트계 강판의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중간 소둔하는 단계 이후 600 내지 850℃에서 온간 압연하는 단계를 더 포함하는 페라이트계 강판의 제조방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 열간 조압연하는 단계 이후 1000 내지 1250℃에서 열간 압연하는 단계를 더 포함하는 페라이트계 강판의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 열간 압연하는 단계 이후 700 내지 900℃에서 중간 소둔하는 단계를 더 포함하는 페라이트계 강판의 제조방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉연판 소둔하는 단계에서, 냉연판 소둔 온도는 650 내지 900℃인 페라이트계 강판의 제조방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 슬라브는 전체 조성 100중량%를 기준으로, Si:0.04 내지 2.0 중량%, Cr:2.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Mo:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ni:1.0 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ti:0.1 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), V:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), B:0.01 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), Zr:0.2 중량% 이하(0%를 포함하지 않는다), 또는 이들의 조합을 더 포함하는 페라이트계 강판의 제조방법.
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