KR20200052053A

KR20200052053A - 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20200052053A
Application number: KR1020180135153A
Authority: KR
Inventors: 공정현; 이문수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-05-14
Also published as: CN113166906A; KR102173277B1; EP3859044A1; CN113166906B; EP3859044A4; WO2020096268A1; US20220002828A1

Abstract

두께 6mm 이상인 충격 특성이 우수한 열연 강판 및 그 제조방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격인성이 우수한 열연 강판은, 중량%로, C: 0 초과 0.03% 이하, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0 초과 2.0% 이하, P: 0.04% 이하, Cr: 1.0 내지 10.0%, Ni: 0 초과 1.5% 이하, Ti: 0.01 내지 0.5%, Cu: 0 초과 2.0% 이하, N: 0 초과 0.03% 이하, Al: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)의 값이 200 내지 1,150을 만족하며, 압연 직각 방향 단면 미세조직의 결정립간 방위차가 5° 이상인 평균 결정립 크기가 50㎛ 이하이다.
(1) 1001.5*C + 1150.6*Mn + 2000*Ni + 395.6*Cu - 0.7*Si - 1.0*Ti - 45*Cr - 1.0*P - 1.0*Al + 1020.5*N

Description

저온 충격인성이 우수한 열연 강판 및 그 제조방법 {HOT-ROLLED STEEL SHEET WITH EXCELLENT LOW TEMPERATURE IMPACT TOUGHNESS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 열연 후물재와 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두께 6mm 이상인 충격 특성이 우수한 열연 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 배기 가스 경로는 다양한 부품으로 구성되어 있어, 이들 부품을 연결시킬 때 플랜지로 불리는 체결 부품을 사용하는 경우가 많다. 자동차의 배기계 부품에서는 가공 공정수를 저감할 수 있음과 동시에 작업 공간을 좁게 할 수 있기 때문에, 플랜지 접합이 적극적으로 채용되고 있다. 또한, 진동에 의한 소음 및 강성 확보의 관점에서, 6㎜ 두께 이상의 두꺼운 플랜지가 사용되는 경우가 많다.

플랜지는 종래 탄소강을 이용하여 제조되었으나, 탄소강은 부식이 빠르게 발생하여 외면에 붉은 녹이 심하게 발생하는 열위한 내식성 때문에 최근에는 페라이트계 스테인리스강이 주로 사용되고 있다. STS409L 강종은 11% Cr에 C, N을 Ti으로 안정화하여 용접부의 예민화 방지와 가공성이 우수한 강종으로 700℃ 이하의 온도에 주로 사용되고 있으며, 자동차 배기계에서 발생하는 응축수 성분에 대하여서도 다소의 부식저항성을 가지고 있기 때문에 가장 많이 사용되고 있는 강종이다.

하지만 페라이트계 스테인리스강 또한 열위한 충격인성이라는 고질적인 문제가 있다. 인성이 낮으면 강판의 제조 과정에서 취성 크랙 전파에 의한 판 파단이 발생하거나, 플랜지 가공 시 가해지는 충격에 의해 크랙이 발생한다. 또한, 두께 6.0mm 이상의 후물재는 열간 압연 시, 압하량의 부족으로 미세한 결정립을 얻기 힘들고 조대한 결정립 및 불균일한 결정립의 형성에 의해 취성이 더욱 심화되어 충격 특성이 열위해지는 문제가 있다.

이렇듯 플랜지용 탄소강은 열위한 내식성 문제가, 페라이트계 스테인리스강은 열위한 충격 특성 문제가 있으며, 이를 동시에 해소할 수 있는 만족스러운 플랜지용 소재는 찾기 힘든 실정이다.

본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 10.5% 이하 Cr과 Ni, Mn, Cu 첨가하여 합금조성 제어를 통한 미세한 페라이트 결정립을 확보함으로써 내식성 및 저온 충격인성이 향상된 열연 강판을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격인성이 우수한 열연 강판은, 중량%로, C: 0 초과 0.03% 이하, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0 초과 2.0% 이하, P: 0.04% 이하, Cr: 1.0 내지 10.0%, Ni: 0 초과 1.5% 이하, Ti: 0.01 내지 0.5%, Cu: 0 초과 2.0% 이하, N: 0 초과 0.03% 이하, Al: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)의 값이 200 내지 1,150을 만족하며, 압연 직각 방향 단면 미세조직의 결정립간 방위차가 5° 이상인 평균 결정립 크기가 50㎛ 이하이다.

(1) 1001.5*C + 1150.6*Mn + 2000*Ni + 395.6*Cu - 0.7*Si - 1.0*Ti - 45*Cr - 1.0*P - 1.0*Al + 1020.5*N

여기서, C, Mn, Ni, Cu, Si, Ti, Cr, P, Al 및 N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열연 강판의 두께는 6.0 내지 25.0mm이며, -20℃ 샤르피 충격에너지가 100J/㎠ 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식 (1)의 값이 200 내지 700을 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열연 강판은 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.

(2) Ti/(C+N) ≥ 10.0

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세조직의 결정립간 방위차가 15 내지 180°인 결정립들의 평균 크기가 70㎛ 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세조직의 결정립간 방위차가 5 내지 180°인 결정립들의 평균 크기가 50㎛ 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세조직의 결정립간 방위차가 2 내지 180°인 결정립들의 평균 크기가 30㎛ 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법은, 중량%로, C: 0 초과 0.03% 이하, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0 초과 2.0% 이하, P: 0.04% 이하, Cr: 1.0 내지 10.0%, Ni: 0 초과 1.5% 이하, Ti: 0.01 내지 0.5%, Cu: 0 초과 2.0% 이하, N: 0 초과 0.03% 이하, Al: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,220℃ 이하로 가열하는 단계; 가열된 상기 슬라브를 조압연하는 단계; 조압연 바(bar)를 마무리압연하는 단계; 및 열연 강판을 권취하는 단계;를 포함하고, 상기 조압연의 마지막 압연밀에서의 압하율은 27% 이상이며, 상기 권취 온도는 850℃ 이하이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 슬라브는 하기 식 (1)의 값이 200 내지 1,150 범위를 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 슬라브는 상기 식 (1)의 값이 200 내지 700 범위를 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조압연 바의 온도는 1,020 내지 970℃일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마무리압연 종료 온도는 920℃ 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열연 강판의 두께는 6.0 내지 25.0mm일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 권취된 열연 강판의 압연 직각 방향 단면 미세조직은, 결정립간 방위차가 5° 이상인 평균 결정립 크기가 50㎛ 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 권취된 열연 강판을 소둔하는 단계;를 더 포함하고, 소둔 온도범위는 850℃ 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 10.0% 이하 Cr을 포함하는 두께 6.0mm 이상의 열연 강판의 미세조직 결정립 크기를 미세화하여 높은 샤르피 충격에너지 값을 나타낼 수 있다.

도 1, 2는 9A 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이다.
도 3, 4는 9B 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이다.
도 5, 6은 9C 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이다.
도 7, 8은 9D 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이다.
도 9 내지 11은 본 발명의 실시예에 따른 발명예와 비교예의 -20, 0℃, +20℃에서의 샤르피 충격에너지값을 나타낸 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

또한 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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

페라이트계 열연 후판의 인성을 개선하는 방법에 대하여 다양한 방법이 검토되어 왔다. 우선 열연 권취 온도를 하향하거나, 수냉 등의 급냉 처리를 하여 소재의 취성을 악화시키는 라베스 상(Laves Phase)을 억제하는 방법이 있다. 그러나, 이는 코일 권취 시 낮은 온도로 인하여 판의 표면에 긁힘 흔적이 남는 등 불량 코일을 야기시키거나, 급격한 냉각 속도로 인해 판의 변형이 불균일해져 부분적으로 균열이 발생되는 문제점이 제기되어 실제 생산 적용에 어려운 부분이 있다. 더욱이, 6.0mm 이상 두께의 열연 강판의 열간 압연은, 6.0mm 이하 두께의 강판에 비하여 압하량 부족으로 미세한 결정립 크기를 얻기 힘들고, 조대한 결정립 및 불균일한 결정립의 형성에 따라 취성도 더욱 심화된다. 또한, 페라이트상 안정화 원소인 Cr 함량이 11% 이상으로 높아질수록 취성 현상은 더욱 심해지며 경제적인 면에서도 바람직하지 않다.

본 발명에서는, 두께 6.0mm 이상 열연 후판의 Cr 함량을 10.0% 이하로 제한하고, Ni, Mn 또는 Cu를 첨가함으로써 1,220℃ 이하의 열연 재가열 온도에서 페라이트 단상이 아닌 오스테나이트상 분율을 일정량 이상으로 제어하여 열간 압연 중 오스테나이트 상변태 및 재결정을 유도하고, 이를 통해 권취 시 최종 미세한 페라이트 결정립을 확보하고자 한다. 본 발명에 따른 열연 강판은 열간 압연이 종료된 후 압연 직각 방향 단면 미세조직의 평균 결정립 크기를 30㎛ 이하로 제어할 수 있다.

본 명세서에서 '열연 강판'은 두께 6.0mm 이상의 페라이트계 열연 강판을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격인성이 우수한 열연 강판은, 중량%로, C: 0 초과 0.03% 이하, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0 초과 2.0% 이하, P: 0.04% 이하, Cr: 1.0 내지 10.0%, Ni: 0 초과 1.5% 이하, Ti: 0.01 내지 0.5%, Cu: 0 초과 2.0% 이하, N: 0 초과 0.03% 이하, Al: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 원소 함량의 수치한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

C와 N의 함량은 0 초과 0.03% 이하이다.

Ti(C, N) 탄질화물 형성원소로 침입형으로 존재하는 C 및 N은, 함량이 높아지면 Ti(C, N) 탄질화물 형성하지 않고 고용 상태로 존재하여 소재의 연신율 및 저온 충격인성을 저하시키고, 용접 후 600℃ 이하에서 장시간 사용하는 경우 Cr₂₃C₆ 탄화물이 생성되어 입계부식이 발생되기 때문에 그 함량은 각각 0.03% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

Si의 함량은 0.1 내지 1.0%이다.

Si은 탈산 원소로 탈산을 위해 0.1% 이상 첨가되며, 페라이트상 형성원소이므로 함량 증가시 페라이트상의 안정성이 높아진다. Si의 함량이 1.0% 초과인 경우, 제강성 Si 개재물의 증가 및 표면결함 등이 발생할 수 있어 1.0% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

Mn의 함량은 0 초과 2.0% 이하이다.

Mn은 오스테나이트상 안정화 원소로, 열연 재가열 온도에서 일정 수준의 오스테나이트상 분율을 확보하기 위해 첨가되지만, 함량이 높아지면 MnS 등의 석출물을 형성하여 내공식성을 저하시키므로 2.0% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

P의 함량은 0.04% 이하이다.

P는 스테인리스강의 원료인 페로크롬에 불순물로서 포함되기 때문에 페로크롬의 순도와 양으로 결정된다. 그러나, P는 유해한 원소이므로 함량이 낮은 것이 바람직하지만 저P의 페로크롬은 고가이기 때문에 재질이나 내식성을 크게 열화시키지 않는 범위인 0.04% 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.03% 이하로 제한할 수 있다.

Cr의 함량은 1.0 내지 10.0%이다.

Cr은 강판의 내식성을 확보하기 위해 1.0% 이상 첨가된다. Cr의 함량이 낮으면 응축수 분위기에서 내식성이 저하되고, 함량이 높아지면 강도가 높아져 연신율, 충격인성이 저하된다. 특히 11.0% 이상을 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 경우에는 취성 현상이 더욱 심해지는바, 본 발명에서는 저온 충격인성을 확보하고자 그 함량을 10.0% 이하로 제한한다.

Ni의 함량은 0 초과 1.5% 이하이다.

Ni은 오스테나이트상 안정화 원소로, 공식의 진전 억제에 효과적이며 소량 첨가시 열연 강판의 인성 향상에도 효과적이다. 후술할 식 (1) 관련 열연 재가열 온도에서 일정 수준의 오스테나이트상 분율을 확보하기 위해 첨가된다. 그러나, 다량의 첨가는 오히려 고용 강화에 의한 재질 경화 및 인성 저하를 초래할 우려가 있고, 고가의 원소이므로 Mn, Cu와의 함량 관계를 고려하여 1.5% 이하로 제한할 수 있다.

Ti의 함량은 0.01 내지 0.5%이다.

Ti은 C, N을 고정하여 입계부식 발생을 방지하는 유효한 원소이다. Ti 함량이 낮아지면 용접부 등에 입계부식이 발생하여 내식성이 저하하는 문제점이 발생하기 때문에, Ti은 최소 0.01% 이상 첨가하여야 한다. C, N을 충분히 고정하기 위해서는 10*(C+N) 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti의 첨가량이 너무 높아지면 제강성 개재물이 증가하여 스캡(scab)과 같은 표면결함이 많이 발생하고, 연주시 노즐 막힘 현상이 발생하기 때문에 그 함량을 0.5% 이하로 제한하며, 0.35% 이하로 제한하는 것이 더욱 바람직하다.

Cu의 함량은 0 초과 2.0% 이하이다.

Cu는 오스테나이트상 안정화 원소로, 후술할 식 (1) 관련 열연 재가열 온도에서 일정 수준의 오스테나이트상 분율을 확보하기 위해 첨가된다. 일정량 첨가되면 내식성을 향상시키는 역할을 하나, 과도한 첨가는 석출 경화에 의해 인성을 저하시키므로 Mn, Ni과의 함량 관계를 고려하여 2.0% 이하로 제한함이 바람직하다.

Al의 함량은 0.1% 이하이다.

Al은 탈산 원소로서 유용하고 그 효과는 0.005% 이상에서 발현될 수 있다. 그러나 과도한 첨가는 상온 연성 저하 및 인성의 저하를 초래하기 때문에 그 상한을 0.1%로 하며, 함유하지 않아도 된다.

본 발명에서 저온 충격인성을 향상시키고자 하는 열연 강판의 두께는 6.0 내지 25.0mm이다. 상술한 바와 같이, 열연 후판에서는 압하량 부족으로 인해 취성 문제가 있으며, 이를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열연 강판의 두께는 6.0mm 이상으로 한다. 다만, 조압연을 거친 조압연 바(bar)의 두께를 고려하여 상한은 25.0mm일 수 있다. 바람직하게는, 제조 용도에 적합하도록 12.0mm 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격인성이 우수한 열연 강판은, 하기 식 (1)의 값이 200 내지 1,150 범위를 만족한다.

열간 압연을 위한 재가열 온도에서 오스테나이트상 분율을 확보하기 위해, 상술한 합금 조성의 범위 내에서 식 (1)의 오스테나이트 지수(γ지수)를 200 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 1,200℃ 전후의 재가열 온도범위에서 200 이상의 오스테나이트 지수를 확보함으로써 오스테나이트 상변태 및 재결정을 유도하고, 이를 통해 미세한 결정립의 최종 페라이트상을 얻을 수 있다.

그러나 재가열 온도에서의 오스테나이트상 분율이 지나치게 높을 경우, 최종 열연 강판의 미세조직이 페라이트 단상이 아닌 일부 마르텐사이트상 변태가 일어나게 된다. 마르텐사이트상이 일부 포함된 미세조직은 상온에서의 충격인성은 우수하나, 저온에서의 충격인성은 매우 열위하다. 재가열 온도에서의 오스테나이트상 분율은 매우 중요하며, 본 발명에서 제시한 식 (1)의 오스테나이트 지수(γ지수)를 통해 제어가 가능하다. 따라서, 식 (1)의 오스테나이트 지수(γ지수)는 1,150 이하로 제한하며, 700 이하로 제한하는 것이 더욱 바람직하다.

최종 페라이트상 미세조직은 결정립간 방위차(misorientation)에 따라 재결정이 이루어진 완전한 결정립과 아결정립으로 구분될 수 있다.

아결정립이란 전위가 생성됨에 따라 증가되는 불안정 에너지를 감소시키고 열역학적 평형을 이루기 위해 형성되는 준결정립으로, 컨투어(contour)라 불리기도 한다. 열간 압연에 의해 불균일한 변형과 비평형 위치로 원자의 이동이 일어나게 되어 전위, 적층결함 등이 생성되는데, 이러한 결함의 존재는 계의 자유에너지를 증가시키므로 결함이 없는 상태로 자발적으로 회복하게 된다. 결함들 중 칼날 전위들은 비교적 낮은 온도에서도 전위 활주가 일어날 수 있으며, 배열된 불일치 경계들의 각도가 작은 소경각경계가 형성될 수 있고, 소경각경계로 둘러싸인 구역을 아결정립이라 부른다.

예를 들어, 결정립간 방위차(misorientation)가 15 내지 180°인 결정립을 재결정이 이루어진 완전한 결정립이라 칭할 수 있으며, 2 내지 15°인 결정립을 아결정립이라 칭할 수 있다. 본 발명에서는 아결정립 중에서도 결정립간 방위차가 2 내지 5°인 결정립과 5 내지 15°인 결정립으로 추가 구분하였다.

본 발명의 합금 조성 및 식 (1)의 범위를 만족하는 경우, 열연 강판은 오스테나이트 상변태 및 재결정을 통해 미세한 페라이트상 결정립을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판의 압연 직각 방향 단면 미세조직의 결정립간 방위차가 5° 이상인 평균 결정립 크기는 50㎛ 이하를 만족한다.

구체적으로, 결정립간 방위차가 15 내지 180°인 완전한 결정립들의 평균 크기는 70㎛ 이하일 수 있으며, 결정립간 방위차가 5 내지 15°인 아결정립을 포함하는 5 내지 180° 방위차의 결정립들은 평균 크기가 50㎛ 이하일 수 있다. 또한, 결정립간 방위차가 2 내지 5°인 아결정립까지 포함하는 2 내지 180° 방위차의 결정립들은 평균 크기가 30㎛ 이하일 수 있다.

아결정립은 미세한 결정립인바 충격 인성에 영향을 미치긴 하나, 재결정된 방위차 15 내지 180°의 완전한 결정립이 충격 인성에 더욱 큰 영향을 미친다. 이는 충격 에너지를 결정립계(Grain boundary)에서 흡수하며, 아결정립에 비하여 완전한 결정립의 결정립계가 더욱 많은 충격 에너지를 흡수할 수 있기 때문으로 예측된다.

이에 따른 본 발명의 저온 충격인성이 우수한 열연 강판은 -20℃ 샤르피 충격에너지가 100J/㎠ 이상을 나타낼 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 인성이 우수한 페라이트계 스테인리스 열연 무소둔 강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법은, C: 0 초과 0.03% 이하, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0 초과 2.0% 이하, P: 0.04% 이하, Cr: 1.0 내지 10.0%, Ni: 0 초과 1.5% 이하, Ti: 0.01 내지 0.5%, Cu: 0 초과 2.0% 이하, N: 0 초과 0.03% 이하, Al: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,220℃ 이하로 가열하는 단계; 가열된 상기 슬라브를 조압연하는 단계; 조압연 바(bar)를 마무리압연하는 단계; 및 열연 강판을 권취하는 단계;를 포함한다.

합금원소 함량의 수치 한정 이유 및 열연 강판의 두께에 대한 설명은 상술한 바와 같다.

또한, 슬라브의 합금 조성은 상술한 이유와 같이 아래 식 (1)의 값이 200 내지 1,150 범위를 만족할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 200 내지 700 범위를 만족할 수 있다.

상기 조성의 합금원소를 포함하는 슬라브를 열간 압연에 앞서 1,220℃ 이하로 가열한 후, 가열된 슬라브를 조압연할 수 있다. 슬라브 가열 온도는 저온 열간 압연을 통한 전위 생성을 위해 1,220℃ 이하가 바람직하며, 슬라브 온도가 지나치게 낮을 경우 조압연이 불가능하므로 가열 온도 하한은 1,150℃ 이상일 수 있다.

이때, 조압연 마지막 압연밀에서의 압하율을 27% 이상으로 제어할 수 있다. 일반적으로, 열연 강판의 두께가 두꺼워지면 압하율이 낮아지므로, 소재가 받는 응력이 낮음에 따라 전위(dislocation)의 생성량도 감소한다. 따라서, 열연 강판의 두께가 두꺼워질수록 열간 압연 전 가열로 온도를 가능한 낮은 온도로 하여, 열간 압연 시 조압연의 부하 배분을 후단으로 이동시켜 전단보다 온도가 낮은 후단에서 강압하를 실시한다. 이처럼 조압연 마지막 압연밀에서의 압하율을 27% 이상으로 강압하함으로써 열연 강판의 전위 생성을 원활하게 할 수 있다.

조압연 공정을 통해 제조된 조압연 바(bar)의 온도는 1,020 내지 970℃일 수 있으며, 6.0 내지 25.0mm 두께로 마무리압연된 후 권취될 수 있다. 마무리압연 종료 온도는 960℃ 이하일 수 있다. 보다 바람직하게는, 마무리압연 종료 온도는 920℃ 이하일 수 있다.

권취 온도는 850℃ 이하일 수 있다. 권취 온도가 850℃ 초과인 경우 오스테나이트상 영역에 해당할 수 있어 냉각 과정에서 마르텐사이트상이 생성될 수 있기 때문에 850℃ 이하에서 권취하는 것이 바람직하다.

권취된 열연 강판에 대하여, 필요에 따라 열연 소둔을 수행할 수 있다. 이때 열연 소둔 온도는 850℃ 이하일 수 있다.

권취된 열연 강판의 압연 직각 방향 단면 미세조직은, 결정립간 방위차가 5° 이상인 평균 결정립 크기가 50㎛ 이하일 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시예

아래 표 1에 나타난 조성의 슬라브를 1,200℃로 가열한 뒤 조압연 마지막 압연밀 압하율을 30%로 하여, 마무리압연 전 조압연 바의 온도는 약 1,000℃, 그리고 마무리압연 종료 온도는 910℃가 되도록 10.0mm 두께로 열간 압연하였다.

강종 (중량%)	C	Si	Mn	P	Cr	Ni	Ti	Cu	N	Al
9A	0.007	0.5	<0.05	0.02	9.0	0.50	0.2	<0.05	0.008	<0.01
9B	0.007	0.5	<0.05	0.02	9.0	0.50	0.2	<0.05	0.008	<0.01
9C	0.007	0.5	<0.05	0.02	9.0	0.30	0.2	<0.05	0.008	<0.01
9D	0.006	0.57	0.29	0.02	11.1	0.13	0.2	<0.05	0.007	<0.01

표 2에 기재된 것처럼, 9A 내지 9D 강종 열연 강판을 750℃에서 권취하였고, 식 (1)의 오스테나이트 지수(γ지수) 값을 나타내었다.

구분	권취온도(℃)	식 (1) (γ지수)
9A	750	1,185
9B	750	610
9C	750	210
9D	750	105

1. 미세 조직

식 (1)의 오스테나이트 지수(γ지수)를 1,185로 제어한 9A 강과, 610로 제어한 9B 강, 210로 제어한 9C 강 및 105로 제어한 9D 강의 TD 단면 1/4 두께 지점의 미세조직을 관찰하여 아래 표 3과 도 1 내지 8에 나타내었다.

도 1, 2는 9A 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이고, 도 3, 4는 9B 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이고, 도 5, 6은 9C 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이고, 도 7, 8은 9D 강의 단면 미세조직 IPF(ND) EBSD 사진과 IQ EBSD 사진이다.

구분	강종	결정립 평균 크기(㎛)
구분	강종	15~180°	5~180°	2~180°
비교예 1	9A	19.57	14.39	13.62
발명예 1	9B	48.50	10.68	8.25
발명예 2	9C	23.42	16.05	15.06
비교예 2	9D	150.1	98.2	76.1

1,200℃의 열연 재가열 온도에서 오스테나이트 지수(γ지수)를 1,185로 제어시킨 비교예 1 9A 강의 TD 단면의 미세조직을 관찰한 결과, 결정립간 방위차가 15° 이상의 High Angle Grain Boundary법으로 측정된 페라이트 결정립의 크기는 약 19㎛로 형성되어 있으며, 결정립간 방위차가 5° 및 2° 이상의 Low Angel Grain Boundary법으로 측정된 결정립의 크기는 각각 14㎛ 및 13㎛로 미세하게 나타났다. 그러나, 열연 재가열 온도에서의 오스테나이트 함량이 지나치게 높아 최종 열연재의 미세조직이 페라이트 단상이 아닌 일부 마르텐사이트상으로 변태되었다. 마르텐사이트상으로 구성된 조직은 상온에서의 충격인성은 우수하나 저온에서의 충격인성은 매우 열위한 것으로 알려져 있다.

발명예 1 및 2에 해당하는 9B 강과 9C 강의 경우 식 (1)의 오스테나이트 지수(γ지수)는 각각 610, 210으로, 비교예인 9A 강과 비교할 때 낮게 나타남을 알 수 있다. 이에 따라, 결정립간 방위차가 5° 이상일 경우 9B 강 및 9C 강의 결정립 크기는 각각 11㎛ 및 16㎛로 미세하게 형성되어 있으며, 마르텐사이트상이 없는 페라이트 단상으로 구성되어 있었다. 이러한 페라이트 단상의 미세 결정립은 충격인성의 향상에 큰 영향을 미치는 인자이다.

도 1 내지 6을 참조하면, 도 1 및 2의 9A 강 EBSD 사진은 도 3 내지 6의 9B, 9C 강 EBSD 사진과 비교하여 결정립 크기에 큰 차이가 보이지 않음을 알 수 있다. 9A 강의 평균 결정립 크기가 9B, 9C 강에 비하여 다소 큰 편이긴 하지만 대체적으로 50㎛ 이하로 나타났다. 그러나 도 2에 나타난 바와 같이 페라이트상 내에 일부 마르텐사이트상이 생성되었고, 이로 인해 평균 결정립 크기가 더욱 낮게 측정되었을 것으로 추측할 수 있었다.

식 (1)의 오스테나이트 지수(γ지수)가 105로 200 미만인 비교예 2 9D 강종의 경우, 결정립간 방위차가 5° 이상인 결정립들의 평균 크기는 약 98㎛로 70㎛를 초과하여 조대한 것을 알 수 있다. 또한, 결정립간 방위차 15° 이상 및 2° 이상의 평균 결정립 크기도 본 발명 목표치의 2배를 웃도는 것을 확인할 수 있었다.

도 7 및 8을 참조하면, 9D 강은 페라이트 단상으로 이루어져 있으나 결정립 크기가 매우 조대한 것을 확인할 수 있다.

2. 충격인성 평가

9A 내지 9D 강을 ASTM E 23 규격으로 각 온도에서 샤르피 충격 시험을 실시하여 그 결과를 아래 표 4에 나타내었다.

	샤르피 충격 에너지 (J/cm²)
온도	No.	비교예 1 (9A)	발명예 1 (9B)	발명예 2 (9C)	비교예 2 (9D)
-20℃	1	10.71	325.14	348.05	6.38
	2	11.18	180.84	339.18	6.75
	3	7.98	335.99	344.89	6.38
0℃	1	16.75	315.53	341.13	10.42
	2	35.11	322.58	339.80	8.57
	3	17.69	325.14	337.90	9.68
20℃	1	256.18	330.25	329.61	22.97
	2	265.88	327.70	335.99	24.93
	3	345.51	324.50	338.54	24.93

도 9 내지 11는 각각 -20℃, 0℃, 20℃에서의 9A~9D 강의 샤르피 충격에너지를 나타내는 그래프이다.

표 4 및 도 9 내지 11을 참조하면, 각 온도에서 충격 흡수 에너지를 측정한 결과, 식 (1)의 γ지수가 1,185로 제어된 9A 강은 +20℃에서 250 J/㎠ 이상의 높은 충격 흡수 에너지값을 나타내었으나, 0℃부터 급격한 감소가 나타나면서 -20℃의 저온에서는 대부분 10 J/㎠ 이하의 매우 낮은 충격 흡수 에너지값을 나타내었다. 이는 저Cr 강재에서 높은 γ지수로 인해 미세조직의 일부가 마르텐사이트상으로 변태되어 저온에서의 충격인성이 급격히 저하된 것으로 생각된다.

그러나, 본 발명예인 9B 및 9C 강 블랙 코일의 충격 흡수 에너지값은 γ지수가 각각 610 및 210으로 낮게 제어되어 상온 +20℃를 비롯하여 0℃ 및 -20℃의 저온에서 모두 180 J/㎠ 이상으로 측정되었고, 저온에서도 충격 흡수 에너지의 저하 없이 우수한 충격인성을 나타내었다.

반대로, 식 (1)의 γ지수가 105로 제어된 9D 강은 -20℃ 저온뿐만 아니라 0℃ 및 20℃에서도 25 J/㎠ 이하의 매우 열위한 충격인성을 나타내었다. 이는 γ지수가 낮아 미세한 페라이트상 결정립을 확보하지 못하고 조대한 페라이트상 결정립으로 이루어졌기 때문으로 파악된다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0 초과 0.03% 이하, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0 초과 2.0% 이하, P: 0.04% 이하, Cr: 1.0 내지 10.0%, Ni: 0 초과 1.5% 이하, Ti: 0.01 내지 0.5%, Cu: 0 초과 2.0% 이하, N: 0 초과 0.03% 이하, Al: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 식 (1)의 값이 200 내지 1,150을 만족하며,
압연 직각 방향 단면 미세조직의 결정립간 방위차가 5° 이상인 평균 결정립 크기가 50㎛ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판.
(1) 1001.5*C + 1150.6*Mn + 2000*Ni + 395.6*Cu - 0.7*Si - 1.0*Ti - 45*Cr - 1.0*P - 1.0*Al + 1020.5*N
(여기서, C, Mn, Ni, Cu, Si, Ti, Cr, P, Al 및 N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)
제1항에 있어서,
두께가 6.0 내지 25.0mm이며,
-20℃ 샤르피 충격에너지가 100J/㎠ 이상인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판.
제1항에 있어서,
상기 식 (1)의 값이 200 내지 700을 만족하는 저온 충격인성이 우수한 열연 강판.
제1항에 있어서,
하기 식 (2)를 만족하는 저온 충격인성이 우수한 열연 강판.
(2) Ti/(C+N) ≥ 10.0
제1항에 있어서,
상기 미세조직의 결정립간 방위차가 15 내지 180°인 결정립들의 평균 크기가 70㎛ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판.
제1항에 있어서,
상기 미세조직의 결정립간 방위차가 5 내지 180°인 결정립들의 평균 크기가 50㎛ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판.
제1항에 있어서,
상기 미세조직의 결정립간 방위차가 2 내지 180°인 결정립들의 평균 크기가 30㎛ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판.
중량%로, C: 0 초과 0.03% 이하, Si: 0.1 내지 1.0%, Mn: 0 초과 2.0% 이하, P: 0.04% 이하, Cr: 1.0 내지 10.0%, Ni: 0 초과 1.5% 이하, Ti: 0.01 내지 0.5%, Cu: 0 초과 2.0% 이하, N: 0 초과 0.03% 이하, Al: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,220℃ 이하로 가열하는 단계;
가열된 상기 슬라브를 조압연하는 단계;
조압연 바(bar)를 마무리압연하는 단계; 및
열연 강판을 권취하는 단계;를 포함하고,
상기 조압연의 마지막 압연밀에서의 압하율은 27% 이상이며,
상기 권취 온도는 850℃ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 슬라브는 하기 식 (1)의 값이 200 내지 1,150 범위를 만족하는 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.
(1) 1001.5*C + 1150.6*Mn + 2000*Ni + 395.6*Cu - 0.7*Si - 1.0*Ti - 45*Cr - 1.0*P - 1.0*Al + 1020.5*N
(여기서, C, Mn, Ni, Cu, Si, Ti, Cr, P, Al 및 N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)
제9항에 있어서,
상기 슬라브는 상기 식 (1)의 값이 200 내지 700 범위를 만족하는 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 조압연 바의 온도는 1,020 내지 970℃인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 마무리압연 종료 온도는 920℃ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 열연 강판의 두께는 6.0 내지 25.0mm인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 권취된 열연 강판의 압연 직각 방향 단면 미세조직은,
결정립간 방위차가 5° 이상인 평균 결정립 크기가 50㎛ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 권취된 열연 강판을 소둔하는 단계;를 더 포함하고,
상기 소둔의 온도범위는 850℃ 이하인 저온 충격인성이 우수한 열연 강판 제조방법.