KR20190077181A - 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판은, 길이방향을 따라 연장되는 경계부를 기준으로 서로 다른 강도를 가지는 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되며, 상기 경계부의 폭방향 강도구배는 상기 제1 영역의 평균강도 및 상기 제2 영역의 평균강도에 의존할 수 있다.

Description

폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법{Steel sheet having different strength along the width direction and manufacturing method for the same}
본 발명은 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 용접 및 접합 등에 의하지 않고서도 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 국제유가 하락에 의한 산업경기 악화로 조선사, 에너지사 등의 고객사는 원소재 비용뿐만 아니라, 제품 가공 시에 적용하는 용접, 가공 열처리 등의 공정을 최소화하여 생산성 및 경제성을 확보하고자 노력한다.
특히, 조선사 등에서는 선체의 제작을 위해 선체의 부위별로 요구되는 다양한 강도의 소재를 용접하여 사용하며, 용접을 통해 결합된 소재를 곡가공 하기 위해서는 사전 열처리 및 사후 열처리 등의 추가 작업을 필수적으로 수반되어야 하므로, 경제성 및 생산성 측면에서 바람직하지 않다.
또한, 강판에 사후적인 열처리를 실시하여 물성을 차등화 하는 방안이 있으나, 사후적 열처리에는 추가적인 비용이 소모될 뿐만 아니라, 열처리 특성상 차등적인 물성변화를 실현하는 데에는 기술적 한계가 존재한다.
따라서, 용접 및 열처리 등의 추가 공정을 거치지 않고서도 하나의 소재 내에서 다양한 강도를 구현함으로써, 경제성 및 생산성을 확보 가능한 소재에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0097385호(2011.08.31. 공개)
본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판은, 길이방향을 따라 연장되는 경계부를 기준으로 서로 다른 강도를 가지는 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되며, 상기 경계부의 폭방향 강도구배는 상기 제1 영역의 평균강도 및 상기 제2 영역의 평균강도에 의존할 수 있다.
상기 경계부의 평균강도는 상기 제1 영역의 평균강도 및 상기 제2 영역의 평균강도 사이의 값을 가질 수 있다.
상기 제1 영역에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차는 상기 강판에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차보다 더 작은 값으로 구비될 수 있다.
상기 제2 영역에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차는 상기 강판에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차보다 더 작은 값으로 구비될 수 있다.
상기 경계부는 비접합 방식으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판의 제조방법은, 단일의 슬라브를 열간압연하여 강판을 제공하고; 상기 강판에 냉각수를 공급하여 상기 강판을 냉각하되, 상기 강판의 폭방향을 따라 상기 냉각수의 공급량을 차등적으로 공급하여, 상기 강판의 폭방향을 따라 상기 강판의 냉각속도를 차등 제어할 수 있다.
상기 강판의 목표 강도 분포에 따라 상기 냉각수가 상기 강판의 표면에 도달하는 지점을 복수의 공급구역으로 구획하고, 상기 각각의 공급구역별로 상기 냉각수를 차등적인 공급량으로 공급할 수 있다.
상기 구획된 공급구역 내에서 상기 강판의 폭방향을 따라 균일한 공급량으로 상기 냉각수를 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법은 용접 등의 작업을 거치지 않고서도, 강판의 폭방향을 따라 강도를 차등화한 비접합 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있는바, 강판의 가공에 소요되는 시간 및 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.
도 1은 일반적인 강판 제조공정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 강판 냉각 방법의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현례에 따른 폭방향을 따라 물성이 차등화된 강판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 구현례에 따른 강판의 강도 구배를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구현례로에 따른 강판의 강도 구배를 개략적으로 나타낸 도면으로, 하나의 강판 내에서 폭방향을 따라 다단의 인장강도 분포가 구현되는 개념을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 발명예 및 비교예의 각 시편 별 인장강도 및 항복강도의 실측값을 도시한 그래프이다.
본 발명은 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 일반적인 강판 제조공정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 가열로 등에서 가열된 슬라브(1')는 압연롤(10)을 향해 이동하며, 가열된 슬라브(1')가 압연롤(10)에 의해 가압됨으로써 강판(1)을 제공할 수 있다. 강판(1)이 배출되는 압연롤(10)의 후단측에는 강판(1)을 향해 냉각수를 분사 가능한 냉각수 분사장치(20)가 구비될 수 있다. 냉각수 분사장치(20)는 강판(1)을 향해 냉각수를 분사하므로, 분사되는 냉각수에 의해 강판(1)이 냉각되며, 강판(1)의 표면에 잔존하는 표면 스케일이 제거될 수도 있다. 본 발명의 강판(1)은 특별히 한정되지는 않으나, 바람직하게는 후판재 일 수 있다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 강판(1)의 냉각 시, 강판(1)의 폭방향 재질 편차를 방지하기 위하여, 강판(1)의 폭방향을 따라 균일하게 냉각수를 공급하는 것이 일반적이다. 냉각수 분사장치(20)의 하부측에 에지마스크 장치(도시 안함) 등을 별도로 구비하여, 강판(1)의 측단부측에 냉각수가 집중됨에 따라 발생하는 강판(1) 측단부측의 과냉을 방지하는 경우가 있으나, 이는 강판(1)의 재질편차를 감소하기 위한 수단에 불과하며, 의도적으로 강판(1)의 폭방향 강도 편차를 발생시키기 위한 수단에 해당하지는 않는다.
본 발명의 발명자는, 용접 등의 접합 공정 또는 국부적인 열처리 공정 등의 추가 공정을 거치지 않고서도, 하나의 강판 내에서 물성적으로 구분되는 강판에 대한 연구를 진행하였으며, 아래와 같이 강판의 제조시 강판의 폭방향에 대해 냉각조건을 차등 적용하여 폭방향을 따라 차등적인 강도로 구비되는 강판 및 그 제조방법을 도출하였다.
이하, 본 발명의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현례에 의한 강판의 제조방법은, 슬라브(1')를 열간압연하여 강판(1)을 제공하고, 강판(1)에 냉각수를 공급하여 상기 강판(1)을 냉각하되, 강판(1)의 폭방향을 따라 냉각수의 공급량을 차등적으로 공급하여, 강판(1)의 폭방향을 따라 냉각속도를 차등 제어할 수 있으며, 그에 따라 폭방향을 따라 강도가 차등적으로 구비되는 강판(1)을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 구현례에 의한 강판의 제조방법은, 용접 등의 접합 공정을 실시하지 않고서도, 단일의 슬라브(1')에 의해 제공되는 강판(1)의 물성을 폭방향을 따라 차등적으로 현출시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 강판 냉각 방법의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 강판(1)의 목표강도 분포에 따라 강판(1)의 표면에 냉각수가 도달하는 지점을 복수의 공급구역으로 구획할 수 있으며, 각각의 공급구역에 공급되는 냉각수의 수량을 차등 제어될 수 있다. 즉, 강판(1) 냉각 시 제1 폭(d1)으로 구비되는 제1 공급구역(A) 및 제2 폭(d2)으로 구비되는 제2 공급구역(B)에 대해 각각 그 수량을 달리하여 냉각수를 공급할 수 있으며, 그에 따라 제1 공급구역(A) 및 제2 공급구역(B)에 대응하는 강판(1)의 각 영역의 냉각속도가 차등적으로 제어될 수 있다. 즉, 제1 공급구역(A)에 공급되는 냉각수량이 제2 공급구역(B)에 공급되는 냉각수량에 비해 다량인 경우, 제1 공급구역(A)과 대응하는 영역은 제2 공급구역(B)에 대응하는 영역에 비해 빠르게 냉각될 수 있다. 따라서, 공급구역을 구획하여 냉각수를 공급함에 따라 각 공급구역과 대응하는 영역의 강판(1) 냉각속도가 차등 제어될 수 있다.
다만, 개별 공급구역 내에서 공급되는 냉각수는 폭방향을 따라 균일한 공급량으로 공급되는 것이 바람직하다. 이는, 개별 공급구역에 대응하는 강판(1)의 영역에서 의도치 않았던 재질편차가 발생하는 것을 사전에 발생하기 위함이다.
강판(1) 냉각은, 압연롤(10)의 직후에 구비되는 냉각수 공급장치(20)에 의해 수행될 수 있다. 냉각수 공급장치(20)는, 강판(1)의 폭방향을 따라 일정한 간격으로 이격되어 연장배치되며, 냉각수의 분사량을 개별적으로 조절 가능한 복수의 분사노즐들(도시 안함)을 포함할 수 있다. 각각의 분사노즐들의 개도는 독립적으로 제어될 수 있으며, 어느 하나의 분사노즐이 완전 개방 또는 완전 폐쇄되는 경우 역시 본 발명의 범위에 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명은 목적하는 냉각수 분사량에 따라 각각의 분사노즐들의 개도를 독립적으로 제어하며, 그에 따라 강판(1)의 폭방향을 따라 냉각수의 공급량을 차등 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현례에 따른 폭방향을 따라 물성이 차등화된 강판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현례에 따른 강판(1)은 강도에 의해 구분되는 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)을 포함할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현례에 따른 강판(1) 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b) 사이에 구비되되, 강판(1)의 길이방향을 따라 연장되도록 구비되는 경계부(1c)를 포함할 수 있다.
제1 공급구역(A) 및 제2 공급구역(B)은 경계선(X-X')에 의해 구분될 수 있으며, 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)은 경계선(X-X')을 기준으로 구분될 수 있다. 제1 영역(1a)은 제1 공급구역(A)에 대응하는 위치에서 제1 공급구역(A)의 폭(d1)보다 좁은 폭(da)으로 구비될 수 있으며, 제2 영역(1b)은 제2 공급구역(B)에 대응하는 위치에서 제2 공급구역(B)의 폭(d2)보다 좁은 폭(db)으로 구비될 수 있다. 경계부(1c)는 일정한 폭(dc)을 가지도록 구비될 수 있으며, 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)의 사이의 경계선(X-X')과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
제1 공급구역(A) 및 제2 공급구역(B)에 서로 다른 공급량의 냉각수가 공급된 경우, 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)은 서로 다른 냉각속도로 냉각되며, 그에 따라 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)은 서로 다른 강도로 구비될 수 있다. 즉, 제1 영역(1a)의 평균강도(Sa)와 제2 영역(1b)의 평균강도(Sb) 사이에는 일정 수준 이상의 차이가 발생할 수 있으며, 경계부(1c)의 평균강도(Sc)는 제1 영역(1a)의 평균강도(Sa)와 제2 영역(1b)의 평균강도(Sb) 사이의 값을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 경계부(1c)는 제1 영역(1a)과 제2 영역(1b)의 냉각속도 차이의 완충구간으로, 경계부(1c)에서의 폭방향 강도구배는 제1 영역(1a)의 평균강도(Sa) 및 제2 영역(1b)의 평균강도(Sb)에 의존하게 된다. 즉, 경계부(1c)의 폭방향 강도 구배는, 상대적으로 평균강도가 높은 영역의 일측으로부터 상대적으로 평균강도가 낮은 영역의 일측을 향해 점진적으로 감소하도록 구비될 수 있다. 따라서, 경계부(1c)의 폭방향 강도 구배는 물리적 또는 화학적 접합에 의해 형성되는 접합부와는 상이한 강도구배를 나타내게 된다. 본 발명의 경계부(1c)에서의 폭방향 강도구배는 선형적 거동을 나타낼 수 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
더불어, 제1 영역(1a)에서 폭방향을 따라 일정한 간격으로 강도를 측정하여 산출한 표준편차(Da) 및 제2 영역(1b)에서 폭방향을 따라 일정한 간격으로 강도를 측정하여 산출한 표준편차(Db)는 열연강판(1)의 폭방향을 따라 일정한 간격으로 강도를 측정하여 산출한 표준편차(D1)보다 더 작은 편차값을 가질 수 있다. 즉, 제1 영역(1a)에서의 강도의 표준편차값(Da) 및 제2 영역(1b)에서의 강도의 표준편차값(Db)은 전체 강판(1)의 강도의 표준편차값(D1)보다 작은 값을 가질 수 있는바, 전체 강판(1)에서 폭방향을 따라 강도가 차등화되는 반면, 각각의 제1 영역(1a) 및 제2 영역(2b) 내에서의 강도는 균일하게 분포할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)이 반드시 미세조직적으로 구분되는 것은 아니나, 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)의 평균강도 차이에 따라 미세조직적으로 구분될 수 있다. 제1 영역(1a) 및 제2 영역(1b)이 미세조직적으로 구분되는 경우, 경계부(1c)는 제1 영역(1a)의 미세조직 및 제2 영역(1b)의 미세조직이 혼재된 미세조직으로 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 구현례에 따른 열연강판의 강도 구배를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 제2 공급구역(B)에 비해 제1 공급구역(A)의 냉각수 공급량이 다량인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 영역(1a)은 제2 영역(1b)에 비해 상대적으로 높은 인강강도 값을 가질 수 있다 (TSa>TSb). 따라서, 강판(1)의 폭방향을 따라 인장강도의 분포를 차등적으로 부여할 수 있다. 또한, 경계부(1c)에서의 인장강도는 경계부(1c)의 폭방향을 따라 제1 영역(1a)으로부터 제2 영역(1b)을 향해 점진적으로 감소하는 양상으로 구비될 수 있다.
도 2 내지 도 4에는 하나의 경계부(1c)에 의해 2개의 영역으로 강도의 분포가 구분되는 강판(1)을 도시하였으나, 본 발명의 범위가 반드시 이들에 국한되는 것은 아니며, 목적에 따라 2 이상의 경계부(1c)가 형성되어 하나의 강판(1) 내에 강도의 분포가 구분되는 3 이상의 영역이 구비되는 경우 역시 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 구현례로에 따른 열연강판의 강도 구배를 개략적으로 나타낸 도면으로, 하나의 강판 내에서 폭방향을 따라 다단의 인장강도 분포가 구현되는 개념을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 강판의 폭방향을 따라 냉각수 공급량의 변곡 지점을 다양하게 형성할 수 있으며, 그에 따라 하나의 강판 내에서 강판의 폭방향을 따라 다단의 인장강도가 분포가 구현될 수 있다.
본 발명의 강판은, 중량%로, C: 0.02~0.3%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~3.0%, P: 0.1% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.1% 이하, N: 0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판일 수 있다. 또한, 본 발명의 강판은 냉각수의 분사에 의해 강판의 냉각이 수반되는 모든 종류의 강판을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 일정 두께 이상의 두께를 가지는 후판일 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
하기의 표 1의 조성으로 구비되는 슬라브를 제조하였으며, 표 2의 압연조건으로 압연 및 냉각을 실시하여 폭 2,450mm의 냉연강판을 제조하였다. 즉, 동일한 조성으로 구비되는 슬라브에 대해, 발명예는 폭방향을 따라 차등화된 냉각수량으로 냉각수를 공급하여 냉각을 실시였으며, 비교예는 폭방향을 따라 균일한 양의 냉각수 공급량을 차등화하여 냉각을 실시하였다. 표 2의 SCT 및 FCT는 각각 냉각 개시온도 및 냉각 종료온도를 의미한다.
C Si Mn P S Al N Nb Ti Ca Ni Cr V
함량
(wt%)		 0.039 0.23 1.35 0.008 0.0007 0.023 0.0039 0.055 0.013 0.0016 0.08 0.19 0.03
평균실적 폭방향 냉각수량밀도
(L/sec/m2)
두께
(mm)		 가열온도
(℃)		 사상압연
마무리
온도
(℃)		 사상압연
누적
압하율
(%)		 SCT
(℃) 		FCT
(℃)		 0mm
↕
750mm		 750mm
↕
1,600mm		 1,600mm
↕
2,450mm
발명예 19.5 1132 935 76 820 442 43 26 43
비교예 19.5 1127 936 76 825 455 39 39 39
표 2에 의해 제조된 강판에 대하여 폭 방향을 따라 100mm의 간격으로 인장시편을 채취하여 인장시험을 실시하였으며, 그 결과는 아래의 표 3과 같다. 또한, 도 6에는 발명예 및 비교예의 각 시편 별 인장강도 및 항복강도의 실측값을 보다 상세히 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
　 폭방향 항복강도
(Mpa)		 폭방향 인장강도
(Mpa)
평균 최소 최대 최대-최소 평균 최소 최대 최대-최소
발명예 503 479 526 47 594 573 611 38
비교예 495 489 500 11 595 590 598 8
표 3에 나타난 바와 같이, 발명강과 비교강의 평균 항복강도는 유사하나, 최대 항복강도와 최소 항복강도의 차이는 발명예가 더욱 크게 측정되었는바, 발명강에는 폭방향을 따라 강도 편차가 존재함을 확인할 수 있다. 특히, 도 6에 도시된 결과를 통해, 발명예의 경우 폭방향 냉각수량 밀도 변화점을 기초로 항복강도 및 인장강도가 현저히 변화함을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판 및 그 제조방법은, 용접 등의 접합 공정 또는 국부적인 열처리 등의 추가 공정을 거치지 않고서도, 물성적으로 구분되는 2 이상의 영역을 하나의 강판 내에 구비하는 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
1: 열연강판 1': 슬라브 10: 압연롤
20: 냉각장치

Claims (8)

  1. 길이방향을 따라 연장되는 경계부를 기준으로 서로 다른 강도를 가지는 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되며,
    상기 경계부의 폭방향 강도구배는 상기 제1 영역의 평균강도 및 상기 제2 영역의 평균강도에 의존하는, 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경계부의 평균강도는 상기 제1 영역의 평균강도 및 상기 제2 영역의 평균강도 사이의 값을 가지는, 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차는 상기 열연강판에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차보다 더 작은 값으로 구비되는, 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차는 상기 열연강판에서 폭방향을 따라 발생하는 강도의 편차보다 더 작은 값으로 구비되는, 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경계부는 비접합 방식으로 제공되는, 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판.
  6. 단일의 슬라브를 열간압연하여 강판을 제공하고;
    상기 강판에 냉각수를 공급하여 상기 강판을 냉각하되,
    상기 강판의 폭방향을 따라 상기 냉각수의 공급량을 차등적으로 공급하여, 상기 강판의 폭방향을 따라 상기 강판의 냉각속도를 차등 제어하는, 폭방향을 따라 강도가 차등화된 강판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강판의 목표 강도 분포에 따라 상기 냉각수가 상기 강판의 표면에 도달하는 지점을 복수의 공급구역으로 구획하고,
    상기 각각의 공급구역별로 상기 냉각수를 차등적인 공급량으로 공급하는, 폭방향을 따라 물성이 차등화된 강판의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구획된 공급구역 내에서 상기 강판의 폭방향을 따라 균일한 공급량으로 상기 냉각수를 공급하는, 폭방향을 따라 물성이 차등화된 강판의 제조방법.
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