KR20220083907A

KR20220083907A - 연성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20220083907A
Application number: KR1020200173354A
Authority: KR
Inventors: 김상호; 백대우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-06-21
Also published as: KR102484998B1; JP2023554299A; CN116490629A; WO2022124599A1

Abstract

본 발명은 고강도를 확보하는 동시에 우수한 연성을 가지는 고강도 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박, 해양구조물 및 건축구조물 등의 구조물 제작에 사용될 수 있는 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

연성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH STEEL SHEET HAVING EXCELLENT DUCTILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 고강도 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도를 확보하는 동시에 우수한 연성을 가지는 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

선박, 해양구조물, 건축구조물 등에 사용되는 구조용 강은 용도상 고강도 특성이 요구된다. 고강도 특성이 높아질수록 구조물의 경량화가 가능해지며, 이로 인해 선박의 경우 수송효율이 증가하고, 해양구조물 및 건축구조물은 자중의 감소로 대형화가 용이하다.

그러나, 강도와 연성은 반비례 관계에 있으므로, 강도가 증가할수록 연성이 감소하는 문제점이 있다. 선박 운항 시 좌초 또는 선박 간의 충돌로 인해 선체 외벽이 찢어지는 경우, 강판의 강도가 높을수록 연성이 낮기 때문에 선체 외벽이 쉽게 찢어지고, 이로 인해 침수 또는 침몰 등이 발생할 수 있으며, 원유 등이 유출될 경우 심각한 해양 환경 사고로 이러질 우려가 있다.

따라서, 강도와 연성이 모두 우수한 강판을 만들기 위하여 많은 노력들이 진행되어 왔다.

예를 들어, 특허문헌 1은 주 상인 페라이트의 평균 입경을 3~12㎛로, 페라이트 분율을 90% 이상으로 제어하고, 제2상의 평균 원상당 직경을 0.8㎛ 이하로 제어함으로써, 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 15% 이상인 충돌 흡수성이 우수한 강판에 대해 개시하고 있다.

그러나, 특허문헌 1은 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 15% 이상인 강판에 대해 기술하고 있으나, 강판의 파단에 대해서는 균일 연신율보다 총연신율(또는 파단 연신율)이 관련성이 높음에도 불구하고, 최종 확보되는 총연신율에 대해서는 명확히 개시하지 않는 것을 확인할 수 있다.

특허문헌 2는 압연 후 냉각 과정에서 전단 냉각, 공냉 및 후단 냉각으로 이루어진 제조 조건을 적용함으로써, 조직이 페라이트와 경질 제2상으로 이루어지고, 상기 페라이트의 체적분율이 판 두께 전체에서 75% 이상이며, 경도가 Hv 140 이상, 160 이하, 평균 결정 입경이 2㎛ 이상인 강재에 대해 특정하고 있다. 이를 통해 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 20% 이상인 강재를 제공할 수 있음을 개시하고 있다.

그러나, 특허문헌 2는 인장강도가 490MPa 이상이면서 균일 연신율이 20% 이상으로 매우 우수하나, 균일 연신율이 우수하다고 하여 반드시 총연신율까지 우수하다고 할 수 없으므로, 파단 연신율에 해당하는 총연신율에 대해서는 불명확하다.

특허문헌 3은 충돌 시의 에너지 흡수능을 증가시키기 위해 조직을 페라이트 주 상과 펄라이트를 주체로 하는 제2상으로 구성하고, 상기 제2상의 경도, 분율, 평균 면적 및 평균 주위 길이가 소정의 조건을 만족하면서 페라이트의 평균 전위 밀도를 일정 이하로 낮춘 후강판에 대해 기술하고 있다. 이를 위해 강 소재를 통상적인 재가열 온도보다 높은 고온으로 가열한 후 제어 압연을 수행하고 공냉 또는 약수냉하는 제조방법을 제시하고 있다. 특허문헌 4는 페라이트 면적율이 80~95%, 펄라이트 면적율이 5~20%를 만족하고, 페라이트의 결정립 크기, 종횡비 및 전위밀도에 대해 규정하여, 표층부와 두께중심부의 경도 차이를 최소화하는 고강도 고연성 강판을 제조하는 방법에 대해 기술하고 있다. 이를 통해 인장강도가 490MPa 이상이면서 연신율이 판 두께에 따라 23~40% 이상인 강판을 제공할 수 있음을 개시하고 있다.

그러나, 특허문헌 3 및 4는 인장강도가 490MPa 이상이면서 연성이 우수한 강판을 제조할 수 있으나, S를 0.003% 이하로 제어하기 위해서는 제강 부하를 동반할 수 밖에 없으며, 재가열 온도가 통상적인 범위를 벗어나므로 강판 제조 시 어려움이 예상된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0914590호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0104077호 일본 등록특허 제5994819호 일본 등록특허 제6007968호

본 발명의 일 측면에 따르면 고강도를 확보하는 동시에 우수한 연성을 가지는 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

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 측면은, 중량%로, C: 0.13~0.16%, Si: 0.1~0.6%, Mn: 1.1~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.015~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01~0.02%, N: 0.001~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

하기 관계식 1에서 정의되는 R 값이 0.43~0.48이고,

하기 관계식 2에서 정의되는 P 값이 0.001 이하이고,

미세조직은 면적%로, 베이나이트 또는 마르텐사이트가 1% 이하, 잔여 폴리고날 페라이트 및 펄라이트 복합조직으로 이루어지며,

상기 폴리고날 페라이트의 결정립 크기가 원 상당 지름 기준으로 6~12㎛이고,

항복강도가 355MPa 이상인 연성이 우수한 고강도 강판을 제공할 수 있다.

[관계식 1]

R = [C] + [Si]/4 + [Mn]/6

(식에서, [C], [Si] 및 [Mn]은 해당 원소의 중량%)

[관계식 2]

P = [N] - 0.36*[Ti]

(식에서, [N] 및 [Ti]은 해당 원소의 중량%)

상기 펄라이트를 15~25%로 포함할 수 있다.

상기 강판은 인장강도가 490MPa 이상이고, 비례 연신율이 28% 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은, 중량%로, C: 0.13~0.16%, Si: 0.1~0.6%, Mn: 1.1~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.015~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01~0.02%, N: 0.001~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1에서 정의되는 R 값이 0.43~0.48이고, 하기 관계식 2에서 정의되는 P 값이 0.001 이하인 강 슬라브를 1100~1200℃의 온도범위로 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강 슬라브를 60% 이상의 누적 압하율과 780~850℃의 압연종료온도로 열간압연하는 단계; 및

상기 열간압연된 강판을 600℃~Ar3의 온도구간에서 2℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 연성이 우수한 고강도 강판 제조방법을 제공할 수 있다.

[관계식 1]

R = [C] + [Si]/4 + [Mn]/6

(식에서, [C], [Si] 및 [Mn]은 해당 원소의 중량%)

[관계식 2]

P = [N] - 0.36*[Ti]

(식에서, [N] 및 [Ti]은 해당 원소의 중량%)

상기 열간압연된 강판 냉각 시, 600℃~Ar3 온도구간 이후 상온까지의 온도구간에서 공냉할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 고강도를 확보하는 동시에 우수한 연성을 가지는 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면 선박, 해양구조물 및 건축구조물 등의 구조물 제작에 사용될 수 있는 고강도 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명에서는 강판의 합금조성 및 제조방법을 최적화하여 강도와 연성을 동시에 확보하고자 한다. 본 발명자는 특히, 관계식을 통해 합금원소를 엄격하게 제어함으로써, 고용강화 효과 및 조직 미세화를 적절히 확보하여 강도와 연성을 동시에 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

이하에서는, 본 발명의 강 조성에 대해 자세히 설명한다.

본 발명에서 특별히 달리 언급하지 않는 한 각 원소의 함량을 표시하는 %는 중량을 기준으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르는 강은 중량%로, C: 0.13~0.16%, Si: 0.1~0.6%, Mn: 1.1~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.015~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01~0.02%, N: 0.001~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

탄소(C): 0.13~0.16%

탄소(C)는 펄라이트 분율에 많은 영향을 미치는 원소로, 인장강도를 확보하기 위하여 0.13% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 반면, 그 함량이 0.16%를 초과하면 인장강도는 확보할 수 있으나, 본 발명에서 목표로 하는 연성 확보는 곤란해진다. 또한, 탄소(C)의 함량이 과도하면 저온균열에 대한 저항성이 낮아지고 용접 열영향부 인성도 저하되어 용접 구조물에 대한 적용성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 탄소(C)의 함량은 0.13~0.16%일 수 있다.

실리콘(Si): 0.1~0.6%

실리콘(Si)은 탈산에 효과적이며 치환형 고용강화 원소로, 강도 확보에 크게 기여한다. 또한, 강도를 높이면서도 강도 상승에 비해 연성 저하가 크지 않아 유용한 원소이다. 실리콘(Si)의 함량이 0.1% 미만이면 강도 확보가 곤란해지고, 그 함량이 0.6%를 초과하면 용접부 인성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 실리콘(Si)의 함량은 0.1~0.6%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.3~0.5%일 수 있다.

망간(Mn): 1.1~1.6%

망간(Mn)은 치환형 고용강화 원소로서, 페라이트 입도 미세화와 펄라이트에 의한 강화에도 부족한 강도를 보완하기 위하여 1.1% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 1.6%를 초과하면 강도가 지나치게 높아져 본 발명에서 목표로 하는 연신율을 만족시킬 수 없게 된다.

따라서, 망간(Mn)의 함량은 1.1~1.6%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.2~1.5%일 수 있다.

인(P): 0.02% 이하

인(P)은 강 중에 불가피하게 혼입되는 불순물로서, 연성을 저하시키므로 함량을 최소화할 필요가 있으나, 함량을 낮출수록 제강 공정상 부하가 증가하고 제강 비용이 증가하기 때문에 그 상한을 0.02%로 한다.

황(S): 0.005% 이하

황(S)은 강 중에 불가피하게 혼입되는 불순물로서, MnS를 형성하여 연성을 저하시키므로 함량을 최소화할 필요가 있다. 다만, P와 마찬가지로 황(S)의 함량을 낮출수록 제강 부하 및 비용이 증가하므로 그 상한을 0.005%로 한다.

알루미늄(Al): 0.015~0.05%

알루미늄(Al)은 탈산 효과가 우수한 원소로서, 이를 위해 0.015% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.05%를 초과하면 용접부 인성이 저하될 우려가 있다.

따라서, 알루미늄(Al)의 함량은 0.015~0.05%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.025~0.04%일 수 있다.

티타늄(Ti): 0.005~0.02%

티타늄(Ti)은 강 주편의 재가열 과정에서 고온으로 인해 오스테나이트가 지나치게 성장하는 것을 막아 조직을 미세화하고, 침입형 원소인 N과 결합하여 자유 N을 감소시키므로, 0.005% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.02%를 초과하면 TiN이 조대해져 오스테나이트가 고온에서 성장하는 것을 효율적으로 막지 못하며, 이로 인해 최종 조직에서 본 발명에서 목표하는 페라이트 미세화를 확보할 수 없다.

따라서, 티타늄(Ti)의 함량은 0.005~0.02%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.007~0.015%일 수 있다.

니오븀(Nb): 0.01~0.02%

니오븀(Nb)은 오스테나이트 미재결정역 온도범위를 확장시켜 압연 시 오스테나이트의 팬케이크화를 증대시키고, 이를 통해 최종 조직의 폴리고날 페라이트 입도를 미세화하므로 0.01% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.02%를 초과하면 Nb에 의한 고용강화 효과로 인해 강도는 증가하나 연성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 니오븀(Nb)의 함량은 0.01~0.02%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.013~0.018%일 수 있다.

질소(N): 0.001~0.006%

질소(N)는 Ti와 함께 TiN을 형성하여, 재가열 중 오스테나이트가 조대하게 성장하는 것을 억제하므로 0.001% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.006%를 초과하면 자유 N의 증가로 인해 연성을 저하시킬 우려가 있다.

따라서, 질소(N)의 함량은 0.001~0.006%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.002~0.004%일 수 있다.

본 발명의 강재는, 상술한 조성 이외에 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 불가피한 불순물은 통상의 제조공정에서 의도되지 않게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이러한 불순물들은 통상의 철강제조분야의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

본 발명의 강은 하기 관계식 1에서 정의되는 R 값이 0.43~0.48일 수 있다.

강도와 연성은 일반적으로 반비례하므로, 본 발명에서 목표로 하는 강도와 연성을 동시에 달성하기 위해서는 강도가 지나치게 높으면 곤란하다. 강도를 적절히 제어하기 위해서 펄라이트를 형성하는 C와 치환형 고용강화 원소인 Si 및 Mn의 함량을 적절히 제어할 필요가 있다.

관계식 1에서 정의되는 R 값이 0.43 미만이면 본 발명에서 목표로 하는 강도 확보가 곤란한 반면, 그 값이 0.48을 초과하면 강도가 지나치게 높아져 본 발명에서 목표로 하는 연성 확보가 곤란해진다.

[관계식 1]

R = [C] + [Si]/4 + [Mn]/6

(식에서, [C], [Si] 및 [Mn]은 해당 원소의 중량%)

본 발명의 강은 하기 관계식 2에서 정의되는 P 값이 0.001 이하일 수 있다.

Si 및 Mn과 같은 치환형 고용강화 원소에 비해, 침입형 고용강화 원소인 C 및 N은 강의 연성에 불리하다. 따라서, C 및 N이 강 중에 고용상태로 있는 것을 최대한 방지할 필요가 있다. C의 경우, 변태 과정에서 냉각속도가 느릴 경우에는 대부분 펄라이트를 형성하는데 사용되므로 크게 문제가 되지 않으나, N의 경우, 생성되는 질화물이 충분하지 않을 경우 고용된 상태로 존재하게 되어 연성을 저하시키게 된다.

본 발명에서는 Ti와 함께 Nb를 첨가하므로 (Ti, Nb)(C, N) 복합 탄질화물이 생성되며, 이를 고려한 관계식 2로부터 자유 N 함량을 제어할 수 있다. 관계식 2의 P 값은 강 내에 존재하는 자유 N의 함량을 나타내는 것으로, P 값이 0 이하이면 자유 N이 없음을 의미하므로 특별히 하한은 한정하지 않으며, 보다 바람직한 P 값의 상한은 0일 수 있다. 따라서, 관계식 2에서 정의되는 P 값을 0.001 이하로, 자유 N 함량을 최소화 하여, 본 발명에서 목표로 하는 연성 확보가 가능하다.

[관계식 2]

P = [N] - 0.36*[Ti]

(식에서, [N] 및 [Ti]은 해당 원소의 중량%)

이하에서는, 본 발명의 강 미세조직에 대해 자세히 설명한다.

본 발명에서 특별히 달리 언급하지 않는 한 미세조직의 분율을 표시하는 %는 면적을 기준으로 한다.

상술한 합금조성을 만족하는 본 발명의 강의 미세조직은 면적%로, 펄라이트가 15~25%, 베이나이트 또는 마르텐사이트가 1% 이하, 잔여 폴리고날 페라이트로 이루어지며, 상기 폴리고날 페라이트의 결정립 크기는 원상당 지름 기준으로 6~12㎛일 수 있다.

펄라이트가 15~25%, 베이나이트 또는 마르텐사이트가 1% 이하, 잔여 폴리고날 페라이트로 이루어질 수 있다.

펄라이트는 인장강도 향상에 기여하나, 연신율은 감소시키는 조직이다. 펄라이트 면적분율이 15% 미만이면 인장강도 확보가 곤란하고, 그 분율이 25%를 초과하면 연신율을 확보하는데 어려움이 있다.

또한, 미세조직 내에 베이나이트 또는 마르텐사이트 등 저온조직이 1% 이상 포함될 경우 본 발명에서 목표로 하는 연신율의 확보가 곤란해진다.

폴리고날 페라이트의 결정립 크기는 원상당 지름 기준으로 6~12㎛일 수 있다.

페라이트 및 펄라이트 혼합조직은 연신율 확보에 유리하나, 강도 확보 측면에서는 불리하다. 이를 보완하기 위하여 펄라이트 분율을 높일 필요가 있으나, 이러한 경우 항복강도 증가 측면에서 효과가 적고 연성을 저하시키는 문제가 있다. 상기 혼합조직을 유지하면서 강도를 높일 수 있는 또 다른 방법으로, 페라이트 입도 미세화가 있다. 페라이트 입도를 적절한 범위 내에서 제어할 경우, 항복강도를 높이면서도 연성의 저하를 막을 수 있다.

페라이트 결정립 크기가 12㎛를 초과하면 본 발명에서 목표로 하는 강도, 특히 항복강도의 확보가 어려우며, 그 크기가 6㎛ 미만이면 강도는 상승하나, 연성의 급격한 저하를 유발할 수 있어 연신율 확보가 곤란하다.

이하에서는, 본 발명의 강 제조방법에 대해 자세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따르는 강은 상술한 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 재가열, 열간압연 및 냉각하여 제조될 수 있다.

재가열

상술한 합금조성을 만족하고, 연속 주조법으로 만들어진 주편을 1100~1200℃의 온도범위로 재가열할 수 있다.

재가열 온도가 1100℃ 미만이면 연성 확보는 가능하나, 주조 중에 형성된 조대한 Nb 석출물이 재가열 과정에서 충분히 용해되지 못하므로 항복강도 확보가 곤란해진다. 반면, 그 온도가 1200℃를 초과하면 초기 오스테나이트가 조대화되어 압연 과정에서 오스테나이트를 미세화시키더라도 충분히 미세한 최종 조직을 확보하는 것이 곤란해진다.

열간압연

상기 재가열된 강 슬라브를 60% 이상의 누적 압하율과 780~850℃의 압연종료온도로 열간압연할 수 있다.

재가열된 강 슬라브는 조압연과 마무리 압연을 거칠 수 있으며, 본 발명에서는 조압연에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 마무리 압연에서 압연종료온도와 누적 압하율은 페라이트 입도에 크게 영향을 미친다. 압연종료온도가 780℃ 미만이면 오스테나이트가 미세화되어, 이로 인해 최종 조직에서 페라이트 결정립이 과도하게 미세해져 연신율이 크게 저하될 우려가 있다. 반면, 그 온도가 850℃를 초과하면 오스테나이트의 미세화가 충분히 이루어지지 않고, 이로 인해 최종 미세조직에서 페라이트 결정립이 조대해져 강도 확보가 곤란해진다.

마무리 압연 시 누적 압하율은 60% 이상일 수 있다.

본 발명에서 목표로 하는 페라이트 결정립 크기를 얻기 위하여 압하율을 적절히 제어할 필요가 있다. 누적 압하율이 60% 미만이면 오스테나이트의 미세화가 충분히 이루어지지 못해 강도 확보가 곤란해진다.

냉각

상기 열연압연된 강판을 600℃~Ar3 온도구간에서 2℃/s 이하의 냉각속도로 냉각할 수 있다.

마무리 압연 후 냉각은 공냉을 기본으로 한다. 보다 상세하게는, 본 발명에서 목표로 하는 연신율을 확보하기 위하여 미세조직이 폴리고날 페라이트와 펄라이트의 혼합조직으로 이루어져야 하며, 이를 위해 상변태 시 변태가 일어나는 600℃~Ar3 온도구간에서 냉각속도를 2℃/s 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

냉각속도가 2℃/s를 초과하면 강도의 과도한 상승으로 인해 본 발명에서 목표로 하는 연신율 확보가 곤란해진다.

Ar3 = 910 - 310*[C] + 80*[Mn] - 20*[Cu] - 55*[Ni] - 15*[Cr] - 80*[Mo]

(식에서, [C], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr] 및 [Mo]은 해당 원소의 중량%)

상기와 같이 제조된 본 발명의 강은 항복강도가 355MPa 이상, 인장강도가 490MPa 이상, 비례 인장시험편 기준으로 비례 연신율이 28% 이상으로, 연성이 우수함과 동시에 고강도 특성을 구비할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 아래의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.

(실시예)

하기 표 1은 강종에 따른 합금성분, 관계식 1 의 R 값 및 관계식 2의 P 값을 나타내었다. 표 1의 합금성분을 가지는 용강을 제조하고, 연속 주조법을 통해 300mm 두께의 강 주편을 주조하였다. 제조된 강 주편을 표 2에 나타낸 조건으로 재가열, 열간압연 및 냉각을 통해 강판을 제조하였다. 하기 표 2의 냉각속도는 600~Ar3의 온도구간에서의 냉각속도를 나타낸 것이다.

강 종	합금성분(중량%)									관계식 1 (R)	관계식 2 (P)	Ar3 (℃)
강 종	C	Si	Mn	P	S	Al	Ti	Nb	N	관계식 1 (R)	관계식 2 (P)	Ar3 (℃)
A	0.156	0.43	1.24	0.0131	0.0043	0.026	0.014	0.014	0.0023	0.470	-0.0027	762
B	0.149	0.16	1.52	0.0127	0.0047	0.028	0.008	0.017	0.0034	0.442	0.0005	742
C	0.135	0.38	1.37	0.0155	0.0031	0.019	0.009	0.019	0.0025	0.458	-0.0007	759
D	0.175	0.35	1.28	0.0132	0.0037	0.025	0.011	0.015	0.0030	0.476	-0.0010	753
E	0.112	0.35	1.42	0.0097	0.0027	0.031	0.009	0.012	0.0041	0.436	0.0009	762
F	0.131	0.42	1.35	0.0091	0.0022	0.042	0.010	0.003	0.0042	0.461	0.0006	761
G	0.153	0.36	1.39	0.0108	0.0034	0.033	0.013	0.029	0.0041	0.475	-0.0006	751
H	0.135	0.26	1.26	0.0091	0.0027	0.042	0.016	0.013	0.0042	0.410	-0.0016	767
I	0.153	0.38	1.49	0.0133	0.0039	0.021	0.014	0.015	0.0032	0.496	-0.0018	743
J	0.154	0.47	1.23	0.0173	0.0041	0.029	0.007	0.018	0.0052	0.477	0.0027	764

[관계식 1]

R = [C] + [Si]/4 + [Mn]/6

(식에서, [C], [Si] 및 [Mn]은 해당 원소의 중량%)

[관계식 2]

P = [N] - 0.36*[Ti]

(식에서, [N] 및 [Ti]은 해당 원소의 중량%)

Ar3 = 910 - 310*[C] + 80*[Mn] - 20*[Cu] - 55*[Ni] - 15*[Cr] - 80*[Mo]

(식에서, [C], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr] 및 [Mo]은 해당 원소의 중량%)

시편 번호	강종	강판 두께 (mm)	재가열	열간압연		냉각속도 (℃/s)
시편 번호	강종	강판 두께 (mm)	온도(℃)	압연종료온도(℃)	누적 압하율(%)	냉각속도 (℃/s)
1	A	19	1164	839	75	1.6
2	B	25	1129	828	63	1.1
3	C	36	1114	794	61	0.7
4	D	21	1143	847	68	1.2
5	E	17	1189	835	80	1.7
6	F	29	1141	823	70	0.9
7	G	39	1106	783	62	0.7
8	H	34	1120	808	69	0.8
9	I	20	1154	834	77	1.5
10	J	31	1128	805	74	0.8
11	A	28	1229	842	65	1.0
12	B	35	1073	828	61	0.6
13	C	39	1136	844	46	0.7
14	A	22	1173	771	78	1.5
15	B	37	1117	883	65	0.6
16	C	24	1140	831	70	2.9

하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 강판의 미세조직을 분석하기 위해서, 제조된 강판으로부터 판 두께의 1/4 지점에서 시편을 채취하였다. 이후 시편을 연마하고, 나이탈 부식 용액으로 에칭한 후, 광학현미경으로 관찰하였다. 광학현미경에 연결된 이미지 분석기(Image Analyzer)를 이용하여 페라이트 결정립 크기에 해당하는 평균 원 상당 지름과 펄라이트 면적율을 측정하였다.

또한, 제조된 강판으로부터 강판 폭의 1/4 지점에서 인장시편을 채취하여 인장시험을 실시하였다. 인장시편은 시편의 길이가 강판의 폭 방향과 평행하도록 가공하고, 한국선급에 등재된 비례 시편인 R14B 시편 규칙에 따라 시편 폭을 25mm, 시편 두께는 강판 두께로 하고, 표점 길이를 5.65x√(시편 폭 x 시편 두께)으로 하는 비례 시편으로 가공하였고, 상온 인장시험을 통해 항복강도, 인장강도 및 비례 연신율의 값을 나타내었다.

시편 번호	강종	미세조직				기계적 성질			구분
		페라이트 결정립 크기(㎛)	면적분율(%)			항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	비례 연신율 (%)
		페라이트 결정립 크기(㎛)	페라이트	펄라이트	베이나이트(B) 또는 마르텐사이트(M)	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	비례 연신율 (%)
1	A	6.7	76.5	23.5	0	421	532	31	발명예 1
2	B	7.8	78.1	21.9	0	383	502	33	발명예 2
3	C	9.7	82.4	17.6	0	398	509	30	발명예 3
4	D	8.3	71.9	28.1	0	387	532	26	비교예 1
5	E	8.5	86.6	13.4	0	379	487	32	비교예 2
6	F	12.9	82.6	17.4	0	351	508	30	비교예 3
7	G	9.2	81.3	18.7	0	437	541	27	비교예 4
8	H	11.2	83.9	16.1	0	349	481	31	비교예 5
9	I	8.1	77.6	22.4	0	432	547	27	비교예 6
10	J	10.6	76.1	23.9	0	421	529	26	비교예 7
11	A	13.8	77.9	22.1	0	341	511	31	비교예 8
12	B	7.8	79.5	20.5	0	337	507	33	비교예 9
13	C	12.4	83.8	16.2	0	349	495	30	비교예 10
14	A	5.1	77.4	22.6	0	475	549	25	비교예 11
15	B	14.3	78.8	21.2	0	352	487	30	비교예 12
16	C	7.7	80.4	16.8	B: 2.8	448	553	27	비교예 13

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 합금조성, 제조조건 및 미세조직을 모두 만족하는 발명예 1 내지 3은 본 발명에서 목표로 하는 항복강도, 인장강도, 비례 연신율을 모두 만족하였다.

반면, 합금조성 또는 제조조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 13은 본 발명에서 목표로 하는 강도 또는 연신율을 확보하지 못하였다.

비교예 1 및 2는 C 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 예이다. 비교예 1의 경우, C 함량이 높아 펄라이트가 과도하게 형성되었고, 이로 인해 비례 연신율을 확보하지 못하였다. 비교예 2의 경우, C 함량이 부족하여 펄라이트 면적율이 부족하여 본 발명에서 목표하는 인장강도 값에 미치지 못하였다.

비교예 3 및 4는 Nb 함량이 벗어난 경우로, 비교예 3은 Nb 함량이 본 발명의 범위에 미치지 못하여 페라이트 결정립 크기가 조대해져, 항복강도를 확보하지 못하였다. 비교예 4는 Nb 함량이 초과하여 Nb 석출물이 과도하게 형성되어 강도는 확보하였으나, 비례 연신율이 목표하는 바를 만족하지 못하였다.

비교예 5 및 6은 본 발명의 합금성분 범위 및 제조조건은 만족하나, 관계식 1의 R 값이 본 발명의 범위를 벗어나는 예이다. 비교예 5는 R 값이 본 발명의 범위에 미치지 못하는 경우로, 본 발명에서 목표하는 강도 확보가 곤란하였다. 비교예 6은 R 값이 초과되는 경우로, 강도가 과도하게 높아져 본 발명에서 목표로 하는 연성 확보가 곤란하였다.

비교예 7은 관계식 2의 P 값이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로, 자유 N 함량이 과도하여 목표하는 연성 값을 확보하지 못하였다.

비교예 8 및 9는 본 발명의 합금조성을 만족하나, 재가열 온도가 본 발명의 범위를 벗어난 예이다. 비교예 8의 경우, 재가열 온도가 과도하여 오스테나이트 입도 조대화에 의해 페라이트 결정립 크기가 본 발명의 범위를 벗어나 항복강도를 확보하지 못하였다. 비교예 9의 경우, 재가열 온도가 본 발명의 범위에 미치지 못하는 것으로, 조대한 Nb 석출물을 충분히 용해시키지 못하여 목표하는 항복강도를 확보하지 못하였다.

비교예 10은 본 발명의 합금조성을 만족하나, 열간압연 누적 압하율이 본 발명의 범위에 미치지 못하여 항복강도가 충분히 확보되지 않았다.

비교예 11 및 12는 본 발명의 합금조성을 만족하나 압연종료온도를 벗어난 경우로, 비교예 11은 압연종료온도 범위에 미치지 못하여 페라이트 결정립이 지나치게 미세화되어 연신율이 크게 저하되었으며, 비교예 12는 온도가 과도하게 높아 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않아 강도를 확보하지 못하였다.

비교예 13은 합금조성을 만족하나, 냉각속도가 본 발명을 만족하지 않는 경우로, 냉각속도가 과도하여 펄라이트 외에 베이나이트가 형성되어 본 발명에서 목표하는 연신율을 확보하지 못하였다.

이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims

중량%로, C: 0.13~0.16%, Si: 0.1~0.6%, Mn: 1.1~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.015~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01~0.02%, N: 0.001~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 관계식 1에서 정의되는 R 값이 0.43~0.48이고,
하기 관계식 2에서 정의되는 P 값이 0.001 이하이고,
미세조직은 면적%로, 베이나이트 또는 마르텐사이트가 1% 이하, 잔여 폴리고날 페라이트 및 펄라이트 복합조직으로 이루어지며,
상기 폴리고날 페라이트의 결정립 크기가 원 상당 지름 기준으로 6~12㎛이고,
항복강도가 355MPa 이상인 연성이 우수한 고강도 강판.
[관계식 1]
R = [C] + [Si]/4 + [Mn]/6
(식에서, [C], [Si] 및 [Mn]은 해당 원소의 중량%)
[관계식 2]
P = [N] - 0.36*[Ti]
(식에서, [N] 및 [Ti]은 해당 원소의 중량%)
제 1항에 있어서,
상기 펄라이트를 15~25%로 포함하는 연성이 우수한 고강도 강판.
제 1항에 있어서,
상기 강판은 인장강도가 490MPa 이상이고, 비례 연신율이 28% 이상인 연성이 우수한 고강도 강판.
중량%로, C: 0.13~0.16%, Si: 0.1~0.6%, Mn: 1.1~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.015~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, Nb: 0.01~0.02%, N: 0.001~0.006%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1에서 정의되는 R 값이 0.43~0.48이고, 하기 관계식 2에서 정의되는 P 값이 0.001 이하인 강 슬라브를 1100~1200℃의 온도범위로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 60% 이상의 누적 압하율과 780~850℃의 압연종료온도로 열간압연하는 단계; 및
상기 열간압연된 강판을 600℃~Ar3의 온도구간에서 2℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 연성이 우수한 고강도 강판 제조방법.
[관계식 1]
R = [C] + [Si]/4 + [Mn]/6
(식에서, [C], [Si] 및 [Mn]은 해당 원소의 중량%)
[관계식 2]
P = [N] - 0.36*[Ti]
(식에서, [N] 및 [Ti]은 해당 원소의 중량%)
제 4항에 있어서,
상기 열간압연된 강판 냉각 시, 600℃~Ar3 온도구간 이후 상온까지의 온도구간에서 공냉하는 연성이 우수한 고강도 강판 제조방법.