KR20230099754A - 열연 강재, 이를 이용한 제품 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 열연 강재를 이용한 제품을 제공한다.

Description

열연 강재, 이를 이용한 제품 및 그 제조방법{Hot rolled steel, products using the steel and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강재, 이를 이용한 제품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열연 강재, 이를 이용한 제품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
스테빌라이저 바는 차체의 앞 뒤 바퀴에 장착되어, 차체의 기울어짐을 줄이기 위한 것으로, 좌우 바퀴가 동시에 상하로 움직일 때는 작용하지 않고, 차량 선회 시 좌우 바퀴가 상하운동을 서로 반대방향으로 할 때, 축심을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향으로 비틀리고 발생하는 비트는 힘에 의해 차체가 기우는 것을 감소시키는 역할을 한다.
스테빌라이저 바를 만들기 위해 판형의 소재를 조관한 후 성형을 진행한다. 조관시 용접은 ERW용접을 통해 진행되는데, 내부에 연신된 개재물이 존재할 경우 조관시 후크 크랙을 유발할 수 있다. 후크 크랙은 소재 내부에 존재하는 MnS의 비금속 개재물이 열간압연에 의하여 띠 모양으로 연신되었을 때 개재물을 따라 발생하기 쉽다. 또한 연신된 개재물이 존재할 경우 내구성이 저하될 수 있다. 따라서 MnS 개재물의 밀도 및 크기를 제어하는 것이 중요하다.
한국특허출원번호 제2009-0103205호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 MnS 개재물의 밀도 및 크기를 제어한 열연 강재, 이를 이용한 제품 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, MnS 개재물의 밀도 및 크기를 제어한 열연 강재, 이를 이용한 제품 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 열연 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연 강재는, 니오븀(Nb): 0% 초과 0.1% 미만, 구리(Cu): 0% 초과 0.1% 미만, 니켈(Ni): 0% 초과 0.1% 미만 또는 바나듐(V): 0% 초과 0.01% 미만을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연 강재는 항복강도(YS): 300 ~ 500 MPa, 인장강도(TS): 500 ~ 700 MPa 및 연신율(EL): 25% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 열연 강재를 이용한 제품은 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연 강재를 이용한 제품은 항복강도(YS): 1150 ~ 1280 MPa, 인장강도(TS): 1450 ~ 1550 MPa 및 연신율(EL): 6 ~ 10%를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법은 (a) 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연 강재를 준비하는 단계; (b) 상기 열연 강재를 조관하는 단계; (c) 상기 조관된 강재를 소둔 및 인발하는 단계; (d) 상기 소둔 및 인발된 강재를 성형하는 단계; 및 (e) 상기 성형된 강재를 열처리하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법의 상기 (a) 단계는 재가열온도: 1100 ~ 1300℃, 마무리압연 종료온도: 800 ~ 1000℃, 권취온도: 550 ~ 750℃의 조건에서 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법의 상기 (c) 단계는 700 ~ 900℃의 온도에서 수행하며, 상기 (d) 단계는 800 ~ 900℃의 온도에서 수행하며, 상기 (e) 단계는 급랭(quenching) 후 150 ~ 300℃의 온도에서 템퍼링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법의 상기 (e) 단계 후 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, MnS 개재물의 밀도 및 크기를 제어할 수 있는 열연 강재, 이를 이용한 제품 및 그 제조방법을 구현할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실험예 중 비교예2에 따른 시편의 미세조직을 촬영한 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예 중 비교예2에 따른 시편의 미세조직 중 개재물(MnS)의 밀도와 크기의 분포를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실험예 중 실시예3에 따른 시편의 미세조직을 촬영한 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 실험예 중 실시예3에 따른 시편의 미세조직 중 개재물(MnS)의 밀도와 크기의 분포를 도식적으로 나타낸 도면이다.
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.
이하, 본 발명의 일 측면인 열연 강재에 대하여 설명한다.
열연 강재
본 발명의 일 측면인 열연 강재는 중량%로, 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 열연 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.20% ~ 0.25%,
탄소는 강재의 강도 향상을 위해 첨가되는 대표적인 원소로서, 인장 및 항복 강도를 향상시키며 소입성을 확보하기 위하여 첨가한다. 탄소의 함량이 0.20% 미만인 경우에는, 강도를 확보할 수 없으며 소입성이 부족할 수 있다. 탄소의 함량이 0.25%를 초과하는 경우에는, 강도가 향상되지만, 부품 성형에 필요한 성형성이 감소하며 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 탄소의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0.20% ~ 0.25%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%
실리콘은 펄라이트와 Mn편석대 제어 및 페라이트형성을 촉진하고 페라이트를 미세 분산시키는 핵심 원소이다. 실리콘의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가 효과가 미약하다. 실리콘의 함량이 0.30%를 초과하는 경우에는, 산소와 친화력이 강하기 때문에 표면 스케일에 의한 결함이 발생하여 표면 품질의 저하를 유발할 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.30%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%
망간은 페라이트 형성을 억제하며, 오스테나이트 안정성을 높여 저온 변태상의 형성을 용이하게 만듦으로써 강도를 증가시킨다. 철(Fe)과 비슷한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화에 매우 효과적이며 강의 경화능을 향상시켜 열처리 후 강도확보에 효과적인 원소이다. 망간의 함량이 0.5% 미만인 경우에는, 망간 첨가 효과가 미약하다. 망간의 함량이 1.1%를 초과하는 경우에는, 연주 슬라브 및 열연강판의 내부 또는 외부 혹은 모두에 편석대 및 개재물을 형성시켜 크랙의 발생과 전파를 유발해 용접성 및 굽힘가공성을 열위하게 할 수 있다. 따라서, 망간의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0.5% ~ 1.1%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%
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 0.08%를 초과하는 경우에는, 연속주조 시 질소와 반응하여 질화물(AlN)이 석출되어 슬라브의 코너 크랙 등 슬라브 및 열연재의 품질이 저하될 수 있다. 따라서, 알루미늄의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.08%로 첨가하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%
크롬은 경화능 향상 및 탄화물 생성을 향상시키는 원소로, 고강도 열간 성형 구조 부품의 제조를 위하여 중요한 원소이다. 크롬의 함량이 0.10% 미만인 경우에는, 크롬 첨가 효과가 미약하다. 크롬의 함량이 0.50%를 초과하는 경우에는, 고가의 원소이므로 경제적으로 바람직하지 않고, 인성과 내용접 균열특성이 저하될 수 있다. 따라서, 크롬의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0.10% ~ 0.50%로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%
티타늄은 탄소와 탄화물을 형성하여 강도를 향상시킨다. 또한 TiN 형성을 통한 B의 소입성 효과를 확보할 수 있다. 한편, 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 0.05%를 초과하는 경우에는, 조대한 TiN석출물의 형성에 따른 결정립 미세화 효과를 기대하기 어려울 뿐만 아니라 제조 비용이 상승한다. 따라서, 티타늄의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.05%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, 경질상의 입계 취성 발생으로 성형성을 나쁘게 하며 용접성을 나쁘게 한다. 따라서, 보론의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0.001% ~ 0.005%로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하
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 열연 강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하
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 열연 강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.003% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 열연 강재는 선택적으로 니오븀(Nb): 0% 초과 0.1% 미만, 구리(Cu): 0% 초과 0.1% 미만, 니켈(Ni): 0% 초과 0.1% 미만 또는 바나듐(V): 0% 초과 0.01% 미만을 더 포함할 수 있다.
니오븀(Nb): 0% 초과 0.1% 미만
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 0.1% 이상인 경우에는, 항복 강도 및 항복비가 증가하고 연신율이 감소하여 열간압연 작업성 및 가공성을 저하시킨다. 따라서, 니오븀의 함량을 열연 강재 전체 중량의 0% 초과 0.1% 미만으로 첨가할 수 있다.
바나듐(V): 0% 초과 0.01% 미만
바나듐은 강재 전체 중량의 0% 초과 0.01% 미만으로 첨가될 수 있다. 바나듐은 탄소 또는 질소와 결합하여 V(C, N) 석출물을 형성하여 강도 향상에 기여하고, 경화능을 향상시키는 원소이다. 바나듐이 0.01% 이상인 경우에는, 석출물의 조대화로 오히려 인성을 저하시키는 원인이 된다.
니켈(Ni): 0% 초과 0.1% 미만
니켈(Ni)은 강의 경화능 및 내식성을 향상시시키는 역할을 한다. 특히, 니켈(Ni)은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다. 상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 열연 강재 전체 중량의 0% 초과 0.1% 미만의 함량비로 첨가될 수 있다. 니켈(Ni)의 함량이 열연 강재 전체 중량의 0.1% 이상인 경우에는 적열취성을 유발하며, 제조 비용을 상승시키는 문제점이 있다.
구리(Cu): 0% 초과 0.1% 미만
구리(Cu)는 니켈(Ni)과 함께 강의 경화능 및 내식성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 열연 강재 전체 중량의 0% 초과 0.1% 미만으로 첨가될 수 있다. 구리(Cu)의 함량이 열연강판 전체 중량의 0.1% 이상인 경우에는 강의 표면 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
상기 열연 강재의 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 열연 강재의 제조방법을 통해 제조한 열연 강재는, 항복강도(YS): 300 ~ 500 MPa, 인장강도(TS): 500 ~ 700 MPa 및 연신율(EL): 25% 이상을 만족하는 열연 강재를 얻을 수 있다.
상기 열연 강재는, 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직을 가질 수 있다. 면적분율로 상기 펄라이트는 10 ~ 20%이며, 상기 페라이트는 80 ~ 90%일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 측면인 열연 강재의 제조방법에 대하여 설명한다.
열연 강재의 제조방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
상기 열연 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 나아가, 상기 열연 강재는, 선택적으로, 니오븀(Nb): 0% 초과 0.1% 미만, 구리(Cu): 0% 초과 0.1% 미만, 니켈(Ni): 0% 초과 0.1% 미만 또는 바나듐(V): 0% 초과 0.01% 미만을 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열연 강재의 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, 1100 ~ 1300℃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. 재가열 온도의 경우 석출 경화 원소를 재고용 시켜 냉각 시 미세한 석출물을 형성하기 위해 충분히 높은 온도를 필요로 한다. 미세 석출물은 결정립의 성장을 방해해서 미세한 결정립을 얻을 수 있게 하며 이로 인한 효과로 강도향상의 효과를 얻을 수 있다. 상기 재가열 온도가 1100℃ 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 1300℃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, 800 ~ 1000℃의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 종료될 수 있다. 상기 마무리압연 종료온도가 800℃ 미만인 경우에는, 열간 압연 온도가 저온 영역, 즉 오스테나이트와 페라이트의 이상 영역에서 마무리 됨에 따라 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 불균일한 변형성을 가지므로 압연성의 저하가 초래될 수 있다. 상기 마무리압연 종료온도가 1000℃를 초과하는 경우에는, 석출물 및 결정립의 성장으로 인해 강재의 강도 저하가 발생할 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를, 70℃/초 이상의 냉각속도로 550 ~ 750℃까지 냉각한다. 냉각은 전단 급냉법을 실시하였다. 냉각 속도에 의한 결정립 미세화 효과와 냉각 중 펄라이트의 영역을 회피하기 위해서는 70℃/s 이상의 냉각 속도가 필요하다. 냉각 속도가 빠르면 빠를수록 결정립 미세화 효과가 크기 때문에 강도를 향상시키게 되지만, 설비의 성능을 고려하여 적정의 냉각속도를 설정하는 것이 바람직하다.
권취 단계(S140)
상기 냉각이 종료되어 550 ~ 750℃의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 강재를 권취한다. 550℃ 미만에서 권취할 경우 결정립 미세화로 강도가 증가하여 조관 및 용접성이 저하되며, 750℃를 초과하여 권취할 경우 충분한 강도 확보가 어려운 단점이 있다.
이하, 본 발명의 다른 측면인 열연 강재를 이용한 제품에 대하여 설명한다.
열연 강재를 이용한 제품
본 발명의 다른 측면인 열연 강재를 이용한 제품은 중량%로, 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 나아가, 상기 열연 강재를 이용한 제품은, 선택적으로, 니오븀(Nb): 0% 초과 0.1% 미만, 구리(Cu): 0% 초과 0.1% 미만, 니켈(Ni): 0% 초과 0.1% 미만 또는 바나듐(V): 0% 초과 0.01% 미만을 더 포함할 수 있다.
열연 강재를 이용한 제품에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량은 상술한 열연 강재에서 이미 설명하였으므로 여기에서는 생략한다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법을 통해 제조한 열연 강재를 이용한 제품은, 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하일 수 있다.
상기 열연 강재를 이용한 제품은 항복강도(YS): 1150 ~ 1280 MPa, 인장강도(TS): 1450 ~ 1550 MPa 및 연신율(EL): 6 ~ 10%를 만족할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 측면인 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법에 대하여 설명한다.
열연 강재를 이용한 제품의 제조방법
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강재를 이용한 제품의 제조방법은, 열연 강재를 준비하는 단계(S210); 상기 열연 강재를 조관하는 단계(S220); 상기 조관된 강재를 소둔 및 인발하는 단계(S230); 상기 소둔 및 인발된 강재를 성형하는 단계(S240); 및 상기 성형된 강재를 열처리하는 단계(S250);를 포함한다.
열연 강재 준비(S210)
상기 열연 강재는 도 1을 참조하여 설명한 제조방법으로 구현된다.
열연 강재 조관(S220)
판형의 상기 열연 강재를 조관한다. 조관시 용접은 ERW용접을 통해 진행되는데, 내부에 연신된 개재물이 존재할 경우 조관시 후크크랙을 유발할 수 있다. 후크크랙은 소재 내부에 존재하는 MnS의 비금속 개재물이 열간압연에 의하여 띠 모양으로 연신되었을 때 개재물을 따라 발생하기 쉽다. 또한 연신된 개재물이 존재할 경우 내구성이 저하될 수 있다. 따라서 MnS 개재물의 형상 및 크기를 제어하는 것이 중요하다.
소둔 및 인발(S230)
상기 조관된 강재를 소둔 및 인발할 수 있다. 소둔과 인발과정은 동시에 진행되며 박스로를 통해 700 ~ 900 ℃의 온도에서 진행되며 컨베이어를 통해 이송될 수 있다.
성형(S240)
상기 소둔 및 인발된 강재를 성형한다. 성형과정은 박스로에서 800 ~ 900 ℃의 온도로 1분 동안 진행될 수 있다. 성형 단계를 통하여 제품을 성형할 수 있으며, 예를 들어, 스테빌라이저 바를 성형할 수 있다.
열처리(S250)
상기 성형된 강재를 열처리할 수 있다. 상기 열처리는 800 ~ 1000℃의 온도로 가열한 후 급랭(quenching)하고, 계속하여 150 ~ 300℃의 온도에서 템퍼링하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 열처리는 마르텐사이트 조직을 풀어주기 위하여 진행될 수 있다.
상술한 조관 단계(S220); 소둔 및 인발 단계(S230); 성형 단계(S240); 및 열처리 단계(S250);를 수행한 열연 강재를 이용한 제품은 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하일 수 있으며, 항복강도(YS): 1150 ~ 1280 MPa, 인장강도(TS): 1450 ~ 1550 MPa 및 연신율(EL): 6 ~ 10%를 만족할 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. 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 열연 강재를 제조하였다. 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다. 표 1에 나타난 성분 외에, 알루미늄은 0.05%이며, 인은 0.02 중량% 이하로, 황은 0.003 중량% 이하로 제어하였다.
C Si Mn Cr Ti B
비교예1 0.23 0.24 1.2 0.19 0.033 0.003
비교예2 0.24 0.25 1.3 0.15 0.035 0.002
실시예1 0.26 0.21 1.1 0.25 0.032 0.002
실시예2 0.26 0.19 1.1 0.25 0.033 0.002
실시예3 0.26 0.20 0.9 0.25 0.038 0.002
실시예4 0.28 0.20 1.0 0.25 0.035 0.002
표 1을 참조하면, 실시예1,2,3,4는 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)인 조성범위를 만족한다.
이에 반하여, 비교예1, 2는 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
표 2는 표 1의 조성을 가지되 도 1 및 도 2을 참조하여 설명한 제조방법을 모두 동일하게 적용하여 구현한 열연 강재를 이용한 제품의 물성을 나타낸 것이다. 구체적으로, 재가열온도: 1200℃, 마무리압연 종료온도: 900℃, 권취온도: 600℃, 소둔온도: 800℃, 성형온도: 850℃, 열처리온도: 950℃, 템퍼링온도: 200℃의 조건을 적용하였다.
MnS
밀도
(개/mm2)		 MnS
최대 크기
(㎛)		 YS
(MPa)		 TS
(MPa)		 EL
(%)
비교예1 13.9 532 1219 1478 8.9
비교예2 8.5 410 1318 1545 7.9
실시예1 4.9 181 1188 1421 9.1
실시예2 4.7 176 1200 1482 7.7
실시예3 4.2 144 1258 1531 7.3
실시예4 5.1 195 1272 1508 8.1
표 2를 참조하면, 실시예1, 2, 3, 4는 항복강도(YS): 1150 ~ 1280 MPa, 인장강도(TS): 1450 ~ 1550 MPa 및 연신율(EL): 6 ~ 10%를 만족함을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 비교예2는 항복강도(YS): 1150 ~ 1280 MPa의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
한편, 본 발명의 실험예에 의하여 구현된 제품 내 미세조직을 촬영한 현미경 사진으로부터 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도 및 MnS 개재물의 최대 크기를 측정하였다.
예를 들어, 도 3은 본 발명의 실험예 중 비교예2에 따른 시편의 미세조직을 촬영한 현미경 사진이고, 도 4는 본 발명의 실험예 중 비교예2에 따른 시편의 미세조직 중 개재물(MnS)의 밀도와 크기의 분포를 도식적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실험예 중 실시예3에 따른 시편의 미세조직을 촬영한 현미경 사진이고, 도 6은 본 발명의 실험예 중 실시예3에 따른 시편의 미세조직 중 개재물(MnS)의 밀도와 크기의 분포를 도식적으로 나타낸 도면이다.
실시예1, 2, 3, 4에서는 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하임을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 비교예1, 2는 MnS 개재물의 평균 밀도: 6개/mm2 이하의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, MnS 개재물의 최대 크기: 200㎛ 이하의 범위를 상회하여 만족하지 못함을 확인할 수 있다.
본 발명은 기존의 스테빌라이저 바에 적용하기 위한 소재에서 합금원소의 성분을 제어하여 개재물을 제어하여 향상된 용접 특성 및 내구도를 갖는 강재를 개발하는 것을 목표로 하였다. 동일 공정조건으로 제조함에도 불구하고 합금원소 제어를 통해 MnS 개재물의 밀도와 크기를 감소시켰고, 이로 인해 향상된 청정도 및 조관시 불량률 감소를 기대할 수 있었다. 본 발명에 의하면 기존의 1.5GPa 소재 대비 개재물을 제어함으로써 용접 및 성형 시 발생하는 불량을 감소시키고 내구성을 향상시켜 스테빌라이저 등 강관을 이용하는 부품에 적용할 가능성이 있음을 확인하였다.
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 (9)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직을 가지는
    열연 강재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    니오븀(Nb): 0% 초과 0.1% 미만, 구리(Cu): 0% 초과 0.1% 미만, 니켈(Ni): 0% 초과 0.1% 미만 또는 바나듐(V): 0% 초과 0.01% 미만을 더 포함하는,
    열연 강재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    항복강도(YS): 300 ~ 500 MPa, 인장강도(TS): 500 ~ 700 MPa 및 연신율(EL): 25% 이상을 만족하는,
    열연 강재.
  4. 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는,
    열연 강재를 이용한 제품.
  5. 제 4 항에 있어서,
    항복강도(YS): 1150 ~ 1280 MPa, 인장강도(TS): 1450 ~ 1550 MPa 및 연신율(EL): 6 ~ 10%를 만족하는,
    열연 강재를 이용한 제품.
  6. (a) 중량%로, 탄소(C): 0.20% ~ 0.25%, 실리콘(Si): 0.01% ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.08%, 크롬(Cr): 0.10% ~ 0.50%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.05%, 보론(B): 0.001% ~ 0.005%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.03% 이하, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003% 이하, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연 강재를 준비하는 단계;
    (b) 상기 열연 강재를 조관하는 단계;
    (c) 상기 조관된 강재를 소둔 및 인발하는 단계;
    (d) 상기 소둔 및 인발된 강재를 성형하는 단계; 및
    (e) 상기 성형된 강재를 열처리하는 단계;를 포함하는,
    열연 강재를 이용한 제품의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 재가열온도: 1100 ~ 1300℃, 마무리압연 종료온도: 800 ~ 1000℃, 권취온도: 550 ~ 750℃의 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는,
    열연 강재를 이용한 제품의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 700 ~ 900℃의 온도에서 수행하며,
    상기 (d) 단계는 800 ~ 900℃의 온도에서 수행하며,
    상기 (e) 단계는 급랭(quenching) 후 150 ~ 300℃의 온도에서 템퍼링하는 단계를 포함하는,
    열연 강재를 이용한 제품의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 후 페라이트와 펄라이트로 이루어진 조직 내 MnS 개재물의 평균 밀도가 6개/mm2 이하이고, MnS 개재물의 최대 크기가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는,
    열연 강재를 이용한 제품의 제조방법.
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KR20090103205A (ko) 2008-03-27 2009-10-01 주식회사 하이닉스반도체 화학기계적연마 장비

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