KR20220039215A - 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20220039215A
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Abstract

본 발명은, 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고탄소 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.34% ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.018%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 펄라이트로 구성된 미세조직을 가지고, 상기 펄라이트의 70% 내지 90%는 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가질 수 있다.

Description

미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판 및 그 제조방법{Hot rolled steel sheet with high carbon content having fine pearlite and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고탄소강은 자동차, 기계, 공구 등 부품 산업의 핵심 소재로서, 고강도, 내식성, 내마모성의 특징을 지니고 있다. 고탄소강 부품은 열연강판을 산세, 소둔 및 냉간압연 공정을 냉연강판을 제조하고, 상기 냉연강판을 프레스 가공 등을 통해서 최종 제품으로 가공되어 만들어진다. 고탄소 열연강판의 주요 조직은 펄라이트로서, 페라이트와 시멘타이트가 서로 번갈아 층을 이루는 조직 형상을 가진다. 상기 펄라이트는 가공할 때 깨지기 쉬운 조직이므로, 펄라이트의 깨지는 문제점을 해결하고 안정적으로 가공하기 위해서는, 상기 펄라이트 조직을 구상화 조직으로 바꾸어주는 소둔 열처리 공정이 요구된다. 따라서, 펄라이트 층을 미세화할 수록 소둔 열처리 공정 시간 등을 절약할 수 있다.
한국특허등록번호 제10-1546138호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고탄소 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.34% ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.018%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 펄라이트로 구성된 미세조직을 가지고, 상기 펄라이트의 70% 내지 90%는 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고탄소 열연강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.34% ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.018%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,180℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 860℃ ~ 900℃의 마무리압연 종료온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 권취하는 단계;를 포함하여 고탄소 열연강판을 형성하고, 상기 고탄소 열연강판은, 펄라이트로 구성된 미세조직을 가지고, 상기 펄라이트의 70% 내지 90%는 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 권취하는 단계는 600℃ ~ 640℃의 권취온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각하는 단계는 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 0.34% ~ 0.38%의 탄소를 포함하는 고탄소 열연강판을 600℃ ~ 640℃의 권취온도에서 권취함으로써, 70% 내지 90%는 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가지는 미세 펄라이트를 제조하여, 후속의 소둔 열처리 시간을 감소시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법으로 제조한 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은 강재의 합금 조성 및 열간압연 조건의 제어를 통해 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법을 제시한다.
고탄소 열연강판
이하, 본 발명의 일 측면인 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 측면인 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.34% ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.018%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 강판 전체에 대한 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.34% ~ 0.38%
탄소(C)는 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다. 탄소(C)의 함량이 0.34% 미만인 경우에는, 합금원소 첨가 등을 통하여 충분한 열연 강판의 인장 강도 확보는 가능하지만 열처리 후 원하는 고강도 확보가 어려울 수 있다. 탄소(C)의 함량이 0.38%를 초과하는 경우 용접성을 저하시키며 펄라이트 상의 분율이 지나치게 높아져 원하는 미세조직을 제어하기 어려워진다. 따라서, 탄소(C)는 열연강판 전체 중량의 0.34% ~ 0.38%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%
실리콘(Si)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가한다. 실리콘(Si)의 함량이 0.15% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 실리콘(Si)의 함량이0.25%를 초과하는 경우에는, 붉은형 스케일을 유발하여 표면 품질을 저하시키며, 도금성을 크게 저하시킨다. 따라서, 실리콘(Si)은 열연강판 전체 중량의 0.15% ~ 0.25%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%
망간(Mn)은 철과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화 에 매우 효과적인 원소이다. 또한 망간은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 망간(Mn)의 함량이 1.2% 미만인 경우에는, 강도 확보가 어려울 수 있다. 망간(Mn)의 함량이 1.35%를 초과하는 경우에는, S와 결합하여 다량의 MnS가 형성되어 내식성이 저하된다. 따라서, 망간(Mn)은 열연강판 전체 중량의 1.2% ~ 1.35%로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.018%
인(P)은 강의 입계에 편석되어 재질 편차를 발생하게 하며 강의 인성을 저하시키는 원인으로 작용하므로, 그 함량을 열연강판 전체 중량의 0.018% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.003%
황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS를 형성함으로써 강의 가공성을 저하시키므로, 그 함량을 열연강판 전체 중량의 0.003% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 고탄소 열연강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 열연강판의 제조방법을 통해 제조한 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판은, 펄라이트로 구성된 미세조직을 가지고, 상기 펄라이트의 70% 내지 90%는 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가질 수 있다
본 발명의 다른 측면은 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법이 제공된다. 이에 따르면 전술한 합금 조성으로 이루어지는 강재를 1,180℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 860℃ ~ 900℃의 마무리압연 종료온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 권취하는 단계;를 포함한다.
상기 냉각하는 단계는 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행될 수 있다.
상기 권취하는 단계는 600℃ ~ 640℃의 권취온도에서 수행될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
상기 열연강판을 형성하기 위한 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.34% ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.018%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저항복비형 열연강재의 제조방법은, 재가열단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 권취 단계(S140)를 포함한다.
재가열 단계(S110)
재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 강재를, 예를 들어 슬라브 판재를, 1,180℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 약 2 시간 ~ 4시간 동안 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,180℃ 미만인 경우에는, 열간 압연시 압연 부하가 야기될 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,220℃를 초과하는 경우에는, 결정립의 조대화로 인해 강판의 강도가 저하될 수 있다.
열간압연 단계(S120)
상기 가열된 강재는 먼저 그 형상의 조정을 위해 가열 후에 열간압연을 실시한다. 상기 열간압연은 폭압연, 조압연, 및 사상압연으로 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 열간압연 단계에 의하여, 상기 강재는 강판을 형성할 수 있다.
상기 열간압연은, 860℃ ~ 900℃의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 종료될 수 있다. 상기 마무리압연 종료온도가 900℃를 초과하는 경우에는, 강판의 표면 스케일 발생으로 인한 강판의 품질이 저하될 수 있다. 상기 마무리압연 종료온도가 860℃ 미만인 경우에는, 결정립이 미세화되어 항복비가 높아지거나 이상영역의 압연에 의해 혼립 조직이 발생하여 강판의 가공성이 저하되거나 또는 압연 공정에 부하를 야기할 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 600℃ ~ 640℃로 냉각을 수행한다. 상기 냉각은 공냉 및 수냉 모두 가능하다. 상기 냉각속도는 조대한 결정립 성장을 최대한 억제할 수 있는 범위로 설정될 수 있다. 상기 냉각속도가 20℃/초 미만인 경우에는, 충분히 냉각이 이루어지지 않아 고온에서 생성되는 스케일을 생성할 수 있다. 상기 냉각속도가 60℃/초를 초과하는 경우에는, 열연강판의 평탄도를 확보하기 어려울 수 있다.
권취 단계(S140)
상기 냉각된 강재를 600℃ ~ 640℃의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 강재를 권취한다. 상기 권취온도가 600℃ 미만이 경우에는, 핵생성이 저하되어 조대한 펄라이트가 형성될 수 있다. 상기 권취온도가 640℃를 초과하는 경우에는, 충분한 강도 확보가 어려울 수 있다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
표 1은 열연강판의 조성을 나타내며, 비교예와 실시예는 동일한 조성을 가진다 표 1에서 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다. 단위는 중량%이다.
구분 C Si Mn P S
조성 0.36 0.20 1.30 0.01 0.001
표 2는 비교예와 실시예의 열연강판들을 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.
구분 재가열온도 (℃) 열간압연 종료온도 (℃) 권취온도 (℃)
비교예 1,200 880 660
실시예 1,200 880 620
표 2를 참조하면, 비교예는 권취온도가 660℃이고, 실시예는 권취온도가 620℃로서, 실시예의 권취온도가 더 낮은 상이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조방법으로 제조한 고탄소 열연강판의 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 2를 참조하면, 실시예의 경우에는, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 평균 0.163 μm를 나타내었다. 또한, 관찰된 펄라이트 조직의 80%가 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가졌다. 반면, 비교예의 경우에는, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 평균 0.222 μm를 나타내었다. 또한, 관찰된 펄라이트 조직의 80% 이상이 0.2 μm 초과의 라멜라 간격을 가졌다.
이러한 펄라이트 조직은 페라이트와 시멘타이트가 서로 번갈아 층을 이루는 조직을 지칭한다. 펄라이트는 형성 온도가 낮아짐에 따라 미세해진다. 온도가 감소함에 따라서 탄소 확산 속도가 감소하고 층의 두께는 점진적으로 얇아지기 때문이다. 본 발명 적용 시, 비교예에 비하여 싱시예가 낮은 권취온도를 가짐에 따라 라멜라 간격이 좁아진 것을 확인하였으며, 따라서 미세 펄라이트를 구현한 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 미세 펄라이트 구현을 통해서, 후처리 과정인 소둔 열처리 공정에서 동일 온도, 시간 조건에서 높은 구상화율을 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (4)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.34% ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.018%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    펄라이트로 구성된 미세조직을 가지고, 상기 펄라이트의 70% 내지 90%는 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가지는,
    미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판.
  2. 중량%로, 탄소(C): 0.34% ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.25%, 망간(Mn): 1.2% ~ 1.35%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.018%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,180℃ ~ 1,220℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 가열된 강재를 860℃ ~ 900℃의 마무리압연 종료온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 강재를 권취하는 단계;를 포함하여 고탄소 열연강판을 형성하고,
    상기 고탄소 열연강판은, 펄라이트로 구성된 미세조직을 가지고, 상기 펄라이트의 70% 내지 90%는 0.08 μm 내지 0.2 μm 범위의 라멜라 간격을 가지는,
    미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행되는,
    미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 권취하는 단계는 600℃ ~ 640℃의 권취온도에서 수행되는,
    미세 펄라이트를 포함하는 고탄소 열연강판의 제조 방법.
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KR101546138B1 (ko) 2013-08-30 2015-08-21 현대제철 주식회사 열연강판 및 그 제조 방법

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