KR20220041504A - 고강도 열연강재 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20220041504A
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은, 고온 권취를 통하여 템퍼드 마르텐사이트 단상을 형성하여 고강도와 형상변형방지를 구현하는 고강도 열연강재 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 고강도 열연강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.10% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%, 망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%, 니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%, 몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 단상의 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가질 수 있다.

Description

고강도 열연강재 및 그 제조방법{Hot rolled steel having high strength and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 열연강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업은 환경규제에 대응하고, 연비향상을 목적으로 경량화를 추진하고 있다. 부품 경량화를 위해서는 높은 강도의 소재를 적용하고 두께를 감소시키는 방법이 일반적이므로, 초고강도 강판을 적용하고 있으며, 상용차나 특장차 부품의 경우에도 동일하게 적용된다. 그러나, 상용차 및 특장차 프레임 및 붐대의 경우에는, 부품의 길이가 6m ~ 12m로 장축으로 부품을 제작할 필요가 있고, 웨이브나 캠버가 발생하면, 조립이 안되는 경우가 발생하므로, 형상 품질을 확보할 필요가 있다.
일반적으로 1.0 GPa급 이상의 열연강재의 경우에는, 페라이트와 베이나이트로는 원하는 강도 확보가 힘들다. 그러므로, 1.0 GPa급 이상 강도를 확보하기 위해서는 미세조직을 베이나이트 단상 또는 마르텐사이트 단상으로 형성하여야 한다. 특히 1.2 GPa급 열연강재의 경우 마르텐사이트 단상으로 구현하는 경우가 많다.
열연강재에서 마르텐사이트 단상을 만들기 위해서는, 사상 압연 이후 ROT에서 급냉하고, 약 100℃ 이하의 온도에서 권취하여야 한다. 그러나, 권취 온도가 200℃ 이하인 경우에는, 급냉에 의해 강판에 웨이브가 발생하게 되어, 강판 위에 물이 고이게 되고, 이러한 물이 제거되지 않고 권취되어 열연코일 내부에 존재하면, 상기 물에 의해 부식이 발생하고, 산세 이후 피팅성 표면 결함을 형성할 우려가 있다. 이런 우려를 해결하기 위하여, 일반적으로 높은 온도에서 권취된 코일 사이 적치, 압연 이후 바로 열연 SPM 또는 산세를 진행하여야 하므로, 공정 비용이 증가될 수 있다.
한국특허출원번호 제2009-0103205호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 고온 권취를 통하여 템퍼드 마르텐사이트 단상을 형성하여 고강도와 형상변형방지를 구현하는 고강도 열연강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 고온 권취를 통하여 템퍼드 마르텐사이트 단상을 형성하여 고강도와 형상변형방지를 구현하는 고강도 열연강재 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고강도 열연강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.10% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%, 망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%, 니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%, 몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 단상의 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 열연강재는, 인장강도(TS): 1200 MPa 이상, 항복강도(YS): 1000 MPa 이상, 및 연신율(EL): 5 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 열연강재의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.10% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%, 망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%, 니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%, 몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,200℃ ~ 1,240℃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 350℃ ~ 380℃의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계는, 상기 강재를 50℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 350℃ ~ 380℃까지 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각된 강재를 권취하는 단계를 수행한 후, 상기 고강도 열연강재는, 인장강도(TS): 1200 MPa 이상, 항복강도(YS): 1000 MPa 이상, 및 연신율(EL): 5 이상을 만족하고, 단상의 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 고강도 열연강재는 고온 권취를 통하여 템퍼드 마르텐사이트 단상을 형성하여 고강도와 형상변형방지를 구현할 수 있다. 상기 고강도 열연강재는 350℃ 이상 고온 권취에 의하여 템퍼드 마르텐사이트 단상의 미세조직을 가지면, 1.2 GPa급 열연 강재를 제공할 수 있다. 따라서, 표면 웨이브, 캠버 등과 같은 형상 결함을 방지하고 부식을 억제하여 표면 품질 확보가 용이하고, 이에 따라, 상용차 프레임 또는 특장차 프레임, 붐대, 데크플레이트 등에 적용할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강재의 제조방법에서, 권취온도에 따른 미세조직 형성을 설명하는 연속냉각 변태도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강재의 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진들이다.
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 고온 권취를 통하여 템퍼드 마르텐사이트 단상을 형성하여 1.2 GPa급 고강도와 형상변형방지를 구현하는 고강도 열연강재 및 그 제조방법을 제시한다. 구체적으로, 종래에는 100℃ 이하의 권취온도에서 형성되는 마르텐사이트를 100℃ 이상의 고온 권취를 통해 템퍼드 마르텐사이트를 형성하는 것이다. 따라서, 기존의 1.2 GPa급 마르텐사이트 강재에 비하여 높은 온도에서 권취를 수행하므로, 소입성 원소인 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 보론(B)을 첨가할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 측면인 고강도 열연강재에 대하여 설명한다.
고강도 열연강재
본 발명의 일 측면인 고강도 열연강재는 중량%로, 탄소(C): 0.10% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%, 망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%, 니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%, 몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 열연강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.10% ~ 0.20%,
탄소는 강재의 강도 향상을 위해 첨가되는 대표적인 원소로서, 함량이 증가할수록 인장 및 항복 강도는 증가한다. 특히, 마르텐사이트 강의 경우 탄소가 증가함에 따라 강도가 크게 증가하게 된다. 탄소의 함량이 0.10% 미만인 경우에는, 마르텐사이트 강도 확보에 어려울 수 있다. 탄소의 함량이 0.20%를 초과하는 경우에는, 강도가 향상되지만, 부품 성형에 필요한 성형성이 감소할 수 있다. 따라서, 탄소의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.10% ~ 0.20%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%
실리콘은 탈산제로 작용하며, 고용강화에 효과적으로 작용하는 원소이고, 강의 인성 및 연성을 개선하는 작용을 하는 원소이다. 실리콘의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가 효과가 미약하다. 실리콘의 함량이 0.20%를 초과하는 경우에는, 산소와 친화력이 강하기 때문에 표면 스케일에 의한 결함이 발생하여 표면 품질의 저하를 유발할 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.05% ~ 0.20%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%
망간은 철(Fe)과 비슷한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화에 매우 효과적이며 강의 경화능을 향상시켜 열처리 후 강도확보에 효과적인 원소이다. 망간의 함량이 2.00% 미만인 경우에는, 망간 첨가 효과가 미약하다. 망간의 함량이 2.70%를 초과하는 경우에는, 잔류 오스테나이트에 의한 강도 저하를 발생할 우려가 있다. 따라서, 망간의 함량을 열연강재 전체 중량의 2.00% ~ 2.70%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%
알루미늄은 탈산제로 사용되는 동시에 실리콘과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하며 강도를 향상시키는 역할을 한다. 알루미늄의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 알루미늄 첨가 효과가 미약하다. 알루미늄의 함량이 0.06%를 초과하는 경우에는, 강 내에 존재하는 질소(N)와 결합하여 조대한 AlN계 질화물을 생성하는 문제가 있다. 따라서, 알루미늄의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.06%로 첨가하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%
크롬은 고용 강화에 효과적으로 작용하여 강도를 향상시키는 원소로서, 강의 경화능을 향상시켜 고강도를 확보할 수 있게 한다. 크롬의 함량이 0.10% 미만인 경우에는, 크롬 첨가 효과가 미약하다. 크롬의 함량이 0.40%를 초과하는 경우에는, 고가의 원소이므로 경제적으로 바람직하지 않고, 인성과 내용접 균열특성이 저하될 수 있다. 따라서, 크롬의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.10% ~ 0.40%로 첨가하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%
니오븀은 탄소 및 질소와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성하여 강도를 증가시킬 수 있는 석출 경화형 원소이고, 열간 압연 중에 오스테나이트의 재결정 속도를 지연시켜 결정립 크기를 미세하게 만드는데 기여를 한다. 니오븀의 함량이 0.02% 미만인 경우에는, 니오븀 첨가 효과가 미약하다. 니오븀의 함량이 0.06%를 초과하는 경우에는, 항복 강도 및 항복비가 증가하고 연신율이 감소하여 열간압연 작업성 및 가공성을 저하시킨다. 따라서, 니오븀의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.02 % ~ 0.06%로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%
티타늄은 탄소와 질소와 결합하여 탄화물 및 질화물을 형성시키는 원소로 알려져 있다. 티타늄은 BN의 형성을 억제하므로, 경화능 확보를 위해 보론 첨가가 필요하기 때문에 첨가한다. 즉, 보론의 경우 질소와의 친화력이 높아 보론과 질소가 결합하여 질화물을 만들면, 목적하는 보론의 효과를 달성할수 없게 된다. 그렇기 때문에 티타늄을 첨가하여 질소와 결합시켜 질화물을 형성시키면, 보론에 대한 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 티타늄의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, AIN 또는 BN 석출물이 과다하게 석출될 수 있다. 티타늄의 함량이 0.10%를 초과하는 경우에는, 슬라브 제조 시 연주성의 저하가 발생할 수 있다. 따라서, 티타늄의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.10%로 첨가하는 것이 바람직하다.
몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%
몰리브덴은 탄화물 성장을 억제하여, 탄화물의 크기를 제어하여 강의 경화능 형성에 기여하는 원소이다. 몰리브덴의 함량이 0.10% 미만인 경우에는, 몰리브덴 첨가 효과가 미약하다. 몰리브덴의 함량이 0.30%를 초과하는 경우에는, 상기 효과가 포화되고, 제조 원가 상승의 단점이 있다. 따라서, 몰리브덴의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.05% ~ 0.30%로 첨가하는 것이 바람직하다.
보론(B): 0.001% ~ 0.005%
보론은 강의 경화능 향상에 효과적으로 기여하는 원소로, 소량의 첨가로도 열간압연 후 냉각시 페라이트 및 펄라이트 등의 변태를 효과적으로 억제 가능한 원소이다. 보론의 함량이 0.001% 미만인 경우에는, 원하는 경화능 확보가 어렵다. 보론의 함량이 0.005%를 초과하는 경우에는, 입계 취성이 발생할 수 있다. 따라서, 보론의 함량을 열연강재 전체 중량의 0.001% ~ 0.005%로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인은 강도 향상에 일부 기여하나, 용접부 인성 및 저온 충격인성을 저하시키고, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 따라서, 인은 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 인(P)의 함량을 열연강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.003%
황은 인과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하고, 저융점 원소로서 입계 편석 가능성이 높아 인성을 저하시킨다. 따라서, 황의 함량을 열연강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.003%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 고강도 열연강재의 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 열연강재의 제조방법을 통해 제조한 고강도 열연강재는, 인장강도(TS): 1200 MPa 이상, 항복강도(YS): 1000 MPa 이상, 및 연신율(EL): 5 이상을 만족하는 열연강재를 얻을 수 있다. 상기 고강도 열연강재는, 인장강도(TS): 1200 MPa ~ 1300 MPa, 항복강도(YS): 1000 MPa ~ 1200 MPa, 및 연신율(EL): 5% ~ 10%를 만족할 수 있다.
상기 고강도 열연강재는, 단상의 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 고강도 열연강재의 제조방법이 제공된다. 이에 따르면 전술한 합금 조성으로 이루어지는 강재를 1,200℃ ~ 1,240℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계; 가열된 상기 강재를 860℃ ~ 900℃의 마무리압연 종료온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 350℃ ~ 380℃의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함한다.
상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계는, 상기 강재를 50℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 350℃ ~ 380℃까지 냉각할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고강도 열연강재의 제조방법에 관하여 설명한다.
고강도 열연강재의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 강재 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 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.10% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%, 망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%, 니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%, 몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 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, 1,200℃ ~ 1,240℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 니오븀 석출물 또는 티타늄 석출물 등과 같은 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,200℃ 미만인 경우에는, 니오븀 석출물 또는 티타늄 석출물 등이 재고용되지 못하고, 주조시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제점이 있고, 석출강화 효과가 미미한 문제점이 있다. 상기 재가열 온도가 1240℃를 초과하는 경우에는, 오스테나이트 결정립이 조대화되어 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 860℃ 미만인 경우에는, 열간 압연 온도가 저온 영역에서 마무리 됨에 따라 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 불균일한 변형성을 가지므로 압연성의 저하가 초래될 수 있다. 상기 마무리압연 종료온도가 900℃를 초과하는 경우에는, 석출물 및 결정립의 성장으로 인해 강재의 강도 저하가 발생할 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를, 50℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 350℃ ~ 380℃까지 냉각한다.
권취 단계(S140)
상기 냉각이 종료되어 350℃ ~ 380℃의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 강재를 권취한다. 상기 권취 온도는 마르텐사이트 형성이 가능한 온도에서 수행하고, Ms 온도 이상 400℃ 이하의 범위에서 수행할 수 있다. 상기 권취온도에서 권취된 열연강재에는 단상의 템퍼드 마르텐사이트가 생성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강재의 제조방법에서, 권취온도에 따른 미세조직 형성을 설명하는 연속냉각 변태도이다.
도 2를 참조하면, 비교예는 마르텐사이트가 형성되는 냉각속도로 100℃ 이하로 냉각한 후에 권취한 경우로서, 주로 마르텐사이트가 형성될 수 있고, 템퍼드 마르텐사이트가 일부 형성될 수 있다. 반면, 실시예는 마르텐사이트가 형성되는 냉각속도로 Ms 온도 이상에서, 예를 들어 350℃ ~ 380℃까지 냉각한 후에 권취한 경우로서, 구상의 템퍼드 마르텐사이트가 단상으로 형성될 수 있다. 두 경우 모두 권취에 의하여 권취 온도가 어느 정도 유지되는 것으로 설정하였다.
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. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
아래의 표 1에 제시된 조성을 갖는 고강도 열연강재를 제조하였다. 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다. 표 1에 나타난 성분 외에, 인은 0.02 중량% 이하로, 황은 0.003 중량% 이하로 제어하였다.
중량% C Si Mn Al Cr Nb Ti Mo B
비교예 0.15 0.1 0.70 0.04 0.20 - - - 0.002
실시예 0.12 0.1 2.50 0.04 0.40 0.04 0.05 0.10 0.002
표 1을 참조하면, 실시예는 비교예에 비하여 망간(Mn)의 함량이 높으며, 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 및 몰리브덴(Mo)을 더 포함하고 있다.
표 2는 상기 고강도 열연강재를 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.
구분 재가열 온도
(℃)		 마무리 압연
종료온도 (℃)		 냉각 속도
(℃/초)		 권취온도
(℃)
비교예 1,220 880 70 80
실시예 1,220 880 70 370
표 2를 참조하면, 비교예는 100℃ 이하의 온도인 80℃에서 권취하였고, 실시예는 이보다 높은 온도인 370℃ 에서 권취하였다.
표 3은 상기 제조된 고강도 열연강재에 대한 인장강도(TS), 항복강도(YS), 연신율(EL), 및 미세조직을 나타낸다.
구분 인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)		 미세조직
비교예 1238 964 8.0 마르텐사이트 + 템퍼드 마르텐사이트
실시예 1279 1123 7.2 템퍼드 마르텐사이트
표 3을 참조하면, 비교예에 비하여, 실시예는 인장강도와 항복강도가 모두 증가되었고, 연신율은 다소 저하되었다. 특히, 실시예는 인장강도가 1279 MPa이고, 항복강도가 1123 MPa으로서, 1.2 GPa급 열연강재로서 적용될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 열연강재의 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진들이다.
도 3을 참조하면, 비교예의 경우에는, 마르텐사이트가 주 조직이고, 일부 템퍼드 마르텐사이트가 형성된 미세조직을 나타낸다. 반면, 실시예는 전체적으로 템퍼드 마르텐사이트가 단상으로 형성됨을 알 수 있다. 도 4는, 도 3의 백색 점선 영역이 확대된 사진으로서, 템퍼드 마르텐사이트가 전체적으로 균일하게 형성되어 있음을 확인할 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 (5)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.10% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%, 망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%, 니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%, 몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    단상의 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가지는,
    고강도 열연강재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고강도 열연강재는,
    인장강도(TS): 1200 MPa 이상, 항복강도(YS): 1000 MPa 이상, 및 연신율(EL): 5 이상을 만족하는,
    고강도 열연강재.
  3. 중량%로, 탄소(C): 0.10% ~ 0.20%, 실리콘(Si): 0.05% ~ 0.20%, 망간(Mn): 2.00% ~ 2.70%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.06%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.40%, 니오븀(Nb): 0.02 % ~ 0.06%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.10%, 몰리브덴(Mo): 0.05% ~ 0.30%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,200℃ ~ 1,240℃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 350℃ ~ 380℃의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함하는,
    고강도 열연강재의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계는,
    상기 강재를 50℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 350℃ ~ 380℃까지 냉각하는,
    고강도 열연강재의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각된 강재를 권취하는 단계를 수행한 후, 상기 고강도 열연강재는,
    인장강도(TS): 1200 MPa 이상, 항복강도(YS): 1000 MPa 이상, 및 연신율(EL): 5 이상을 만족하고,
    단상의 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가지는,
    고강도 열연강재의 제조방법.
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