KR20240022723A - 고강도 및 고연신 강판 - Google Patents

Abstract

페라이트, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트, 베이나이트로 구성된 미세조직의 분율을 제어하여, 고강도 및 고연신을 나타낼 수 있는 스틸 밴드용 강판에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강판은 중량%로, C: 0.25% ~ 0.30%, Si: 0.5% ~ 1.5%, Mn: 0.5% ~ 1.5%, Cr: 0.005% ~ 0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 및 고연신 강판{STEEL SHEET WITH HIGH STRENGTH AND HIGH ELONGATION}

본 발명은 고강도 및 고연신 강판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페라이트, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트, 베이나이트로 구성된 미세조직의 분율을 제어하여, 고강도 및 고연신을 나타낼 수 있는 스틸 밴드용 강판에 관한 것이다.

스틸 밴드(steel band)는 대량의 시트나 코일을 감싸는 일종의 끈 같은 역할을 한다.

스틸 밴드는 포장, 수송, 결박 등에 활용되기 때문에, 기본적으로 고강도 및 고인성을 요구한다. 스틸 밴드는 폭과 두께 별로 다양한 크기로 존재하지만 대부분 폭 30mm, 두께 1mm 내외의 제품이 사용 중이다.

현재 스틸 밴드의 제조 방법은 등급(grade)에 따라, 저급 스틸 밴드와 고급 스틸 밴드의 제조 방법으로 구분할 수 있다.

저급 스틸 밴드는 인장강도 700 ~ 900MPa, 연신율 10% 이하를 나타내며, 0.2 ~ 0.3%의 탄소(C)를 포함하는 중탄소강을 무소둔 냉간 압연(Full Hard, FH)하여 제조된다. 저급 스틸 밴드는 소재 원가 및 제조 비용은 저렴하지만 강도가 낮고, 연신율/인성이 부족하여 쉽게 파단이 일어날 수 있다.

고급 스틸 밴드는 인장강도 900MPa 이상, 연신율 9% 이상을 나타낸다.

고급 스틸 밴드는 두께 2.0 ~ 3.0mm의 열연재를 소둔 및 냉간 압연 후, 최종 목표두께 1mm 내외의 냉연재를 오스템퍼링(Austempering) 열처리하여 제조된다. 오스템퍼링 시에는 재가열 온도와 시간, 균열대 로(furnace)의 온도와 시간을 조절함으로써 강도, 연신율에 변화를 줄 수 있다. 이 때, 열처리 온도와 시간에 따라 스틸 밴드의 재질이 민감하게 변하므로, 균일한 재질 확보와 불량 방지를 위해 정밀한 열처리 제어가 필요하다.

한편, 스틸 밴드는 제품의 포장, 운송에 사용되는 특성 상 1회 사용 후 버려지게 되는 소모성 제품이다. 이에 따라, 스틸 밴드는 고가의 합금 원소를 사용하기는 어렵다. 또한 현재 대부분의 스틸 밴드는 0.2 ~ 0.5% 내외의 탄소(C)와 망간(Mn)만 포함하는 강판이 주로 사용되고 있다.

스틸 밴드는 등급이 높아질수록 강도는 증가하지만, 연신율은 감소하는 추세를 보인다. 유통되는 최고강도급 스틸 밴드는 강도가 1GPa을 넘어갈 경우 연신율이 9% 내외로 낮아진다.

하지만, 스틸 밴드는 패킹(packing) 비용을 절감하기 위해 스틸 밴드의 체결 수 감소가 요구되기 때문에, 스틸 밴드의 고강도화가 더욱 필요하고, 작업성 증대 및 파단을 방지하기 위해 고연신 또한 요구되고 있는 실정이다.

이 분야의 종래의 기술을 살펴보면, 탄소(C)와 실리콘(Si)을 적극 활용하여, 오스템퍼링 열처리를 통해 잔류 오스테나이트를 안정화하고, 잔부는 베이나이트와 마르텐사이트 조직을 갖도록 제어하였다. 하지만 12% 이상의 연신율을 확보하기 위해서는 잔류 오스테나이트가 8% 이상 필요로 하였다.

특허문헌 1은 탄소와 함께 다량의 실리콘(Si) 또는 망간(Mn) 중량이 1.5% 이상을 필수적으로 첨가하고 크롬(Cr) 등을 추가하여, 잔류 오스테나이트의 분율을 확보하였다. 이를 통해 고강도 및 고연신 강판을 제조할 수 있으나, 상기 성분은 압연 하중을 증가시켜 설비에 부담을 주며, 압하율에 제약이 있다. 또한 열간 압연 시 압연 온도의 저하에 따라 압연 하중 부하의 상승이 커지면서, 열연 코일의 단중 상한에 제약이 필수불가결하다. 이에 따라 생산성이 하락하는 문제가 있다.

또한, 작업환경에 따라 저급 스틸 밴드와 고급 스틸 밴드를 구분하지 않고 동일한 체결 장비(tool)로 작업하는 경우, 등급 차이에 따라 강도와 연신율의 차이가 너무 커, 작업자가 오히려 불편을 호소하는 경우가 있다. 종래의 고급 스틸 밴드는 인장강도와 굽힘 특성이 저급 스틸 밴드에 비해 지나치게 높아, 스틸 밴드를 체결하고, 절단하는데 공수가 많이 드는 문제점이 있다.

KR 10-2221391, 닛폰세이테츠 가부시키가이샤

본 발명의 목적은 고강도 및 고연신 강판을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 열간 압연 시 하중 부하를 낮추고, 열연 코일의 단중을 높여 생산성을 향상시킬 수 있는 강판을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 스틸 밴드용으로 적합한 강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 강판은 중량%로, C: 0.25% ~ 0.30%, Si: 0.5% ~ 1.5%, Mn: 0.5% ~ 1.5%, Cr: 0.005% ~ 0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 강판은 면적%로, 페라이트 3 ~ 10%, 잔류 오스테나이트 1 ~ 8%, 마르텐사이트 3 ~ 10% 및 잔부 베이나이트를 포함할 수 있다.

또한, 강판의 인장강도는 1000 ~ 1100MPa이고, 연신율은 14 ~ 18%일 수 있다.

또한 강판의 반복 굽힘 횟수가 3회 이상 내지 4회 이하일 수 있다.

또한 강판의 단중(톤)은 16.0 ~ 20.0톤일 수 있다.

본 발명에 따른 강판은 고강도 및 고연신 특성을 가지며, 굽힘 특성이 우수한 효과가 있다.

또한 강판은 열간 압연 시 하중 부하를 낮추고, 열연 코일의 단중을 높여 생산성이 우수한 효과가 있다.

또한 강판은 스틸 밴드에 적용하기에 적합한 이점이 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 강판을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 미세조직 사진이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고강도 및 고연신 강판을 설명하도록 한다.

본 발명자는 스틸 밴드용 강판을 제조하기 위해 잔류 오스테나이트 조직의 분율을 확보하고자 다량의 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn)이 필요한 것을 확인하였다. 하지만, 이러한 합금 조성 때문에 열간 압연과 냉간 압연 시 하중 부하가 발생하고, 열연 코일의 단중이 낮아져 생산성이 낮아지는 문제점을 발견하였다.

본 발명자는 열간 압연 및 냉간 압연의 하중 부하를 유발하는 요인을 찾기 위해 합금 성분과 각 공정 조건의 영향을 확인하였다.

그 결과, 열간 압연의 하중 부하는 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn)의 함량이 높을수록 크게 증가하는 것을 밝혀냈다. 그리고 냉간 압연의 하중 부하는 탄소(C)의 함량과 열연 압연 후 강판을 권취(Coiling)하는 온도에 영향이 큰 것을 밝혀냈다.

이에, 본 발명자는 합금 조성에서 탄소(C) 함량을 낮추고, 권취 온도를 제어하여 압연 시 하중 부하를 낮추는 방안을 고민하였다. 설계된 합금 성분을 고려하여, 오스템퍼링 열처리 조건을 제어하여 미세조직의 분율을 제어하였다.

특히, 열연 강판을 오스템퍼링 열처리 전에 냉간 압연하면, 오스테나이트 역변태가 촉진되고, 짧은 시간에 오스테나이트 역변태가 완료하여 오스테나이트 결정립의 성장을 억제할 수 있음을 확인하고 본 발명에 적용하였다. 또한 미세한 오스테나이트를 통해 냉각 과정에서 페라이트 변태가 촉진되는 것을 확인하였다.

이에 따라, 본 발명자는 스틸 밴드에 적합한 고강도 및 고연신의 고탄소 강판을 제조하였다.

본 발명에 따른 강판은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트, 베이타이트 조직의 분율을 제어함으로써, 인장강도 1000 ~ 1100MPa, 연신율 14 ~ 18%, 굽힘 특성이 3회 내지 4회 미만을 나타내어 고강도 및 고연신 특성을 가진다.

또한 본 발명에 따른 강판은 열간 압연 코일의 단중(무게)을 상향시킨 것으로, 작업의 안정성과 효율을 높이고, 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 열간 압연 시 코일의 단중(톤)은 16.0 ~ 20.0톤을 나타낼 수 있고, 바람직하게는 17.0 ~ 19.0톤을 나타낼 수 있고, 보다 바람직하게는 17.4 ~ 18.5톤을 나타낼 수 있다. 열간 압연 시 코일의 단중은 최종 강판의 단중과 동일하며, 일반적인 열간 압연 시 코일의 단중 15톤이 비해 훨씬 상향된 효과를 나타낸다.

하기 언급되는 합금 조성의 함량은 별도의 언급이 없는 한 중량%를 의미한다.

- 탄소(C): 0.25% 이상 ~ 0.30% 이하

탄소는 강도, 인성 및 미세조직 형성에 영향을 미치는 원소이다.

탄소 함량이 0.25% 미만인 경우에는 낮은 경화능으로 인해 목표하는 강도를 확보하기 어렵다. 반면 탄소 함량이 0.30% 초과인 경우에는 과도한 강도 상승 및 압연 하중 부하로 인해 생산성이 나빠지는 단점이 있다. 또한 탄소 함량이 높아질수록 베이나이트 조직의 연신율이 저하되어 14% 이상의 연신율을 확보하기 곤란하고 굽힘 특성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 탄소 함량은 0.25% 이상 ~ 0.30% 이하일 수 있다. 구체적으로, 탄소 함량은 0.25% 초과 ~ 0.30% 미만인 것이 바람직하고, 0.26% ~ 0.29%인 것이 보다 바람직하며, 0.27% ~ 0.28%인 것이 보다 더 바람직하다.

- 규소(Si): 0.5% 이상 ~ 1.5% 이하

규소는 고용강화에 의한 강도 향상 및 잔류 오스테나이트 안정화로 연신율을 개선하는 핵심 원소이다. 이러한 효과를 위해 규소를 0.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 하지만, 규소 함량이 1.5% 초과인 경우에는 과도한 고용강화 효과로 인하여 인장강도가 매우 높아지게 된다. 또한 과도한 스케일의 형성으로 인해 표면 품질이 열위하며, 고온 인성 저하로 슬라브의 균열을 유발한다.

따라서 규소 함량은 0.5% 이상 ~ 1.5% 이하일 수 있다. 구체적으로, 규소 함량은 0.5% 초과 ~ 1.5% 미만인 것이 바람직하고, 0.6% ~ 1.4%인 것이 보다 바람직하며, 0.8% ~ 1.2%인 것이 보다 더 바람직하다. 그리고 1.0 ~ 1.2%인 것이 가장 바람직하다.

- 망간(Mn): 0.5% 이상 ~ 1.5% 이하

망간은 고용강화 원소로서 강도 증가와 경화능 확보를 위해 첨가된다.

이러한 효과를 위해 망간을 0.5% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 망간 함량이 1.5% 초과인 경우에는 연신율 및 굽힘성 저하를 유발한다.

따라서, 망간 함량은 0.5% 이상 ~ 1.5% 이하일 수 있다. 구체적으로, 망간 함량은 0.5% 초과 ~ 1.5% 미만인 것이 바람직하고, 0.7% ~ 1.4%인 것이 보다 바람직하며, 0.9% ~ 1.3%인 것이 보다 더 바람직하다. 그리고 1.1 ~ 1.3%인 것이 가장 바람직하다.

- 크롬(Cr): 0.005% 이상 ~ 0.30% 이하

크롬은 고용강화 효과를 위해 0.005% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 크롬 함량이 0.30% 초과인 경우에는 중심 편석 및 불필요한 탄화물 형성으로 굽힘성을 저하시키게 되는 단점이 있다.

따라서, 크롬 함량은 0.005% 이상 ~ 0.30% 이하일 수 있다. 구체적으로, 크롬 함량은 0.005% 초과 ~ 0.30% 미만인 것이 바람직하고, 0.01% ~ 0.20%인 것이 보다 바람직하며, 0.02% ~ 0.10%인 것이 보다 더 바람직하다. 그리고 0.03% ~ 0.07%인 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 강판의 나머지 성분은 철(Fe)과 기타 잔부이다. 여기서 기타 잔부는 통상의 철강 제조 과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않게 혼입되는 불순물들을 의미한다. 이들 불순물들은 통상의 철강 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

본 발명의 강판은 면적%로, 페라이트 3 ~ 10%, 잔류 오스테나이트 1 ~ 8%, 마르텐사이트 3 ~ 10% 및 잔부 베이나이트를 포함하는 것이 바람직하고, 페라이트 4 ~ 9%, 잔류 오스테나이트 3 ~ 7%, 마르텐사이트 4 ~ 9% 및 잔부 베이나이트를 포함하는 것이 보다 바람직하다.

페라이트는 연신율 확보에 유리한 조직이며, 이러한 효과를 위해 조직 분율이 3 ~ 10% 인 것이 바람직하다.

베이나이트는 고강도와 높은 연신율을 동시에 확보하기에 효과적인 조직으로서, 본 발명의 강판은 베이나이트를 주조직으로 포함한다.

잔류 오스테나이트는 굽힘성과 연신율 확보에 효과적인 조직이다. 이러한 효과를 위해 잔류 오스테나이트 1% 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 잔류 오스테나이트 조직 분율이 8% 초과인 경우에는 연신율과 굽힘 특성이 본 발명에서 달성하고자 하는 범위를 초과하기 때문에, 절단 가공이 용이하지 않는 단점이 있을 수 있다.

마르텐사이트는 고강도 확보에 효과적인 조직이다. 이러한 효과를 위해 마르텐사이트 3% 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 마르텐사이트 조직 분율이 10% 초과인 경우에는 연신율을 크게 저하시키는 단점이 있을 수 있다.

본 발명의 강판은 인장강도 1000 ~ 1100 MPa 미만, 연신율 14 ~ 17%, 반복 굽힘 횟수 3회 이상 4회 이하로서, 우수한 강도, 연신율 및 굽힘 특성을 확보할 수 있다. 구체적으로, 강판은 인장강도 1020 ~ 1080MPa, 연신율 15 ~ 17%, 반복 굽힘 횟수 3회 이상 4회 미만일 수 있다.

상기 반복 굽힘 횟수는 곡률을 시편 두께의 2배로 하여(R/t = 2.0 고정) 90도 반복 굽힘(90도로 접었다 폈다를 반복) 시험을 한 뒤, 크랙이 발생되기 전까지의 횟수를 측정한 값이다.

이하, 본 발명의 강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 전술한 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 가열한다.

강 슬라브 가열 시 온도는 1100 ~ 1300℃인 것이 바람직하다.

강 슬라브 가열 온도가 1100℃ 미만인 경우에는 통판에 필요한 슬라브의 온도를 충분히 확보하기 어려울 수 있다. 반대로 1300℃를 초과하는 경우에는 비정상적인 오스테나이트 성장 및 스케일에 의한 표면 결함이 생길 수 있다.

따라서, 슬라브의 가열 온도는 1100 ~ 1300℃일 수 있다. 구체적으로, 가열 온도는 1130 ~ 1280℃인 것이 바람직하고, 1150 ~ 1260℃인 것이 보다 바람직하고, 1180 ~ 1230℃인 것이 보다 더 바람직하다.

이후, 가열된 강 슬라브를 조압연하여 바를 얻는다.

조압연 시 온도는 1000 ~ 1100℃인 것이 바람직하다. 조압연 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 압연부하가 증대되어 통판성이 열위되는 단점이 있을 수 있다. 반대로 1100℃를 초과하는 경우에는 스케일이 과다하게 형성되어 표면 품질이 매우 열위해지는 단점이 발생할 수 있다.

따라서, 조압연 온도는 1000 ~ 1100℃일 수 있다. 구체적으로, 조압연 온도는 1010 ~ 1090℃인 것이 바람직하고, 1020 ~ 1080℃인 것이 보다 더 바람직하며, 1040 ~ 1070 ℃인 것이 보다 더 바람직하다.

이후, 바를 850 ~ 1200℃에서 마무리 압연하여 열연 강판을 얻는다.

마무리 압연 온도는 Ar3 변태점 이상에서 해야 할 필요가 있는데, 이는 오스테나이트와 페라이트를 갖는 2상역 압연을 방지하기 위함이다. 2상역(two phase region) 압연이 행해지면 탄화물이 없는 초석 페라이트(free ferrite)가 발생하기 때문이다. 만일, 마무리 압연 온도가 850℃ 미만인 경우에는 2상역 압연이 행해질 수 있다. 반대로 1200℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립 크기가 매우 조대해져 최종적으로 얻어지는 열연재의 결정립 또한 조대하게 되어, 오스템퍼링 열처리 후 전장 균일한 재질 확보가 어려워질 수 있다.

따라서, 마무리 압연인 열간 압연의 온도는 850 ~ 1200℃일 수 있다. 구체적으로, 마무리 압연 온도는 860 ~ 940℃인 것이 바람직하고, 870 ~ 930℃인 것이 보다 바람직하며, 890 ~ 910℃인 것이 보다 더 바람직하다.

이후, 열연 강판을 냉각한다.

냉각 시 냉각 속도는 5 ~ 100℃/s인 것이 바람직하다.

냉각 속도가 5℃/s 미만인 경우, 냉각 속도가 너무 낮아 ROT(냉각대, Run out table)상에서 페라이트 + 펄라이트 조직으로 100% 변태하기 어려워 권취 후 변태가 일어날 수 있다. 권취 후 변태가 일어나게 되면 변태 시 발생하는 열 때문에, 스케일 결함을 유발할 수 있다.

반대로 냉각 속도가 100℃/s를 초과하는 경우, 강판의 폭 방향에서 온도 불균일로 인해 균일한 냉각이 어려워 코일 형상이 매우 나빠질 수 있다.

따라서, 냉각 속도는 5 ~ 100℃/s일 수 있다. 구체적으로, 냉각 속도는 8 ~ 80℃/s인 것이 바람직하고, 10 ~ 50℃/s인 것이 보다 바람직하며, 15 ~ 30℃/s인 것이 보다 더 바람직하다.

이후, 냉각된 열연 강판을 550 ~ 750℃에서 권취한다.

권취 온도가 550℃ 미만인 경우 저온 변태 조직인 베이나이트 또는 마르텐사이트 조직이 나오기 때문에 균일한 열연 조직을 얻을 수 없다. 반대로 권취 온도가 750℃ 초과인 경우, 스케일 등 표면 결함이 심하게 발생할 수 있다.

따라서, 권취 온도는 550 ~ 750℃일 수 있다. 구체적으로, 권취 온도는 560 ~ 730℃인 것이 바람직하고, 570 ~ 710℃인 것이 보다 바람직하며, 590 ~ 680℃인 것이 보다 더 바람직하다.

권취 후에는 상기 권취 된 열연 강판을 산세하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

권취 된 열연 강판을 200℃ 이하로 자연 냉각한 후에 산세가 이루어질 수 있으며, 산세를 통해 강판 표면에 형성된 스케일을 제거할 수 있다. 이때, 산세 온도가 200℃를 초과하면 열연 강판의 표층부가 과산세되어 표층부 조도가 나빠질 수 있다. 따라서, 산세 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서는 산세 온도의 하한은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 상온(25±2℃)일 수 있다.

이후, 권취된 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 얻는다.

냉간 압연을 통해 최종 목표 두께인 0.5 ~ 1.5mm의 확보가 가능하다.

냉간 압연시 압하율은 20 ~ 70%인 것이 바람직하다. 압하율이 20% 미만인 경우에는 냉연 후 부위별 재질 편차가 존재하여, 열처리 후 불균일한 미세조직으로 인해 굽힘성이 저하될 수 있다. 반대로 70%를 초과하는 경우에는 과도한 압연 부하 증가로 인해 냉연 슬립과 같은 조업 불량이 발생할 수 있다.

구체적으로, 압하율은 25 ~ 65%인 것이 보다 바람직하고, 30 ~ 60%인 것이 보다 더 바람직하며, 40 ~ 57%인 것이 가장 바람직하다.

한편, 냉간 압연 후 오스템퍼링(Austempering) 열처리를 하면, 상변태 촉진 및 조직 미세화가 되어 고강도, 고인성을 확보하는데 유리하기 때문에, 냉간 압연 후에는 오스템퍼링 열처리를 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서의 오스템퍼링 열처리는 최종적으로 얻어지는 제품의 미세조직이 주조직으로서 베이나이트를 포함하도록 하기 위한 것이기도 하다.

보다 상세하게는, 냉연 강판을 800 ~ 1000℃에서 10 ~ 120초 재가열하고, 상기 재가열된 냉연 강판을 300 ~ 500℃에서 10 ~ 120초 항온 열처리하는 것이 바람직하다.

재가열 처리는 미세조직을 오스테나이트로 변태시키기 위함이다. 상기 재가열 온도가 800℃ 미만이거나 재가열 시간이 10초 미만인 경우에는 오스테나이트가 불완전하게 일어나게 된다. 반대로 재가열 온도가 1000℃를 초과하거나 재가열 시간이 120초를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립 크기가 너무 조대해져 경화능이 높아짐에 따라, 마르텐사이트 분율을 과다하게 증가시킨다.

따라서, 상기 재가열 온도는 800 ~ 1000℃인 것이 바람직하며, 재가열 시간은 10 ~ 120초인 것이 바람직하다.

구체적으로, 재가열 온도는 820 ~ 980℃인 것이 보다 바람직하고, 840 ~ 960℃인 것이 보다 더 바람직하며, 870 ~ 930℃인 것이 가장 바람직하다.

재가열 시간은 12 ~ 100초인 것이 보다 바람직하고, 14 ~ 70초인 것이 보다 더 바람직하며, 15 ~ 50초인 것이 가장 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 재가열 방법에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 고주파 유도 가열 또는 버너 가열을 이용할 수 있다. 상기 버너는 박스 타입(box type)일 수 있다. 고주파 유도 가열은 폭 방향으로 균일한 온도로 재가열이 가능한 장점이 있다. 다만, 코일이 제품을 감싸야 하므로 다양한 크기의 제품 제작에는 유리하지 않을 수 있다. 박스 타입(Box type)의 가열로는 제품 크기에 있어 제약이 덜하다는 장점이 있으나, 폭 및 전장으로 열처리 온도 편차가 존재할 수 있는 단점이 있다.

이후, 재가열 된 냉연 강판을 300 ~ 500℃에서 10 ~ 120초에서 항온 열처리하는 것이 바람직하다.

항온 열처리 온도가 300℃ 미만인 경우에는 마르텐사이트 과다하게 형성되어 본 발명에서 얻고자 하는 연신율을 확보하기가 어려울 수 있다. 반대로 500℃를 초과하는 경우에는 페라이트가 과다하게 형성되어 본 발명에서 얻고자 하는 인장강도를 확보하기가 어려울 수 있다.

항온 열처리 시간이 10초 미만인 경우에는 베이나이트가 충분하게 확보될 시간이 부족하여 마르텐사이트가 과다하게 형성될 수 있다. 반대로, 120초를 초과하는 경우에는 마르텐사이트 분율이 저하되어 강도 확보가 어려울 수 있다.

따라서, 항온 열처리는 300 ~ 500℃에서 10 ~ 120초 동안 수행되는 것이 바람직하다. 항온 열처리 온도는 330 ~ 480℃인 것이 보다 바람직하고, 360 ~ 460℃인 것이 보다 더 바람직하며, 390 ~ 440℃인 것이 가장 바람직하다.

항온 열처리 시간은 13 ~ 100초인 것이 보다 바람직하고, 16 ~ 80초인 것이 보다 더 바람직하며, 20 ~ 50초인 것이 가장 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 상기 항온열처리 방법에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 염욕로, 납조, 에어 ??칭(air quenching) 설비 등을 이용할 수 있다.

항온 열처리 후에는 5 ~ 50℃/s의 냉각 속도로 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

냉각 속도가 5℃/s 미만인 경우에는 냉각 속도가 낮아 냉각능이 부족해, 페라이트가 과다하게 형성되어 강도 확보가 어려울 수 있다. 반대로, 50℃/s를 초과하는 경우에는 마르텐사이가 과다하게 형성되어 연신율 확보가 어려울 수 있다.

냉각속도는 8 ~ 45℃/s인 것이 보다 바람직하고, 10 ~ 40℃/s인 것이 보다 더 바람직하며, 15 ~ 35℃/s인 것이 가장 바람직하다.

이와 같이 고강도 및 고연신 강판에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

1. 강판의 제조 및 물성 측정 결과

하기 표 1과 같은 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 1200℃로 2시간 가열한 뒤, 하기 표 2에 기재된 조건으로 열간압연, 냉간압연 및 오스템퍼링 열처리하여 냉연 강판을 제조하였다. 이때, 조압연 온도는 1060℃, 열연 후 권취까지의 냉각 속도는 20℃/s, 항온 열처리 후 냉각 속도는 20℃/s였다.

표 2에서 중량(톤)은 열간 압연 시 코일의 무게를 측정한 것으로, 최종 강판의 무게와 동일하다. 중량(톤)은 권취 이후 코일 상태에서 저울을 이용하여 실측하였다.

이와 같이 제조된 냉연 강판의 C, Si, Mn, Cr, Fe 성분은 ICP를 활용한 정량 분석이 가능하고, 미세조직의 분율(면적%)은 EBSD를 통한 정량 분석이 가능하다.

제조된 냉연 강판 시편에 대하여, XRD 분석을 통해 미세조직 분율을 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

또한, 상기 제조된 냉연 강판의 인장강도(TS), 연신율(El), 반복 굽힘 횟수를 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

인장강도 및 연신율은 시편의 압연 방향과 동일하게 JIS5호 규격으로 채취하여 인장 시험한 결과값이다.

반복 굽힘 횟수는 곡률을 시편 두께의 2배로 하여(R/t =2.0 고정) 90도 반복 굽힘(90도로 접었다 폈다를 반복) 시험을 한 뒤, 크랙이 발생되기 전까지의 횟수를 측정한 값이다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 발명예 1 내지 3은 본 발명이 제안하는 합금 조성과 제조 조건을 모두 만족하는 경우이다.

발명예 1 내지 3은 본 발명이 제안하는 미세조직을 만족할 뿐만 아니라, 강판은 인장강도 1000 ~ 1100 MPa 미만, 연신율 14 ~ 17%, 반복 굽힘 횟수: 3회 이상 4회 미만으로서 우수한 강도, 연신율 및 굽힘 특성을 확보할 수 있다.

또한 일반적인 강판의 단중(톤)이 15톤인 것에 비해, 발명예 1 내지 3에 따른 강판의 단중(톤)은 16 ~ 19톤, 바람직하게는 17.4 ~ 18.5톤을 나타내어 단중 상향에 의한 생산성을 향상시킨 것을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강판을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 미세조직 사진으로, 발명예 1의 강판에 해당한다.

도 1을 참조하면, 체심입방구조를 갖는 페라이트, 면심입방구조를 갖는 잔류 오스테나이트와 무확산 변태에 의한 마르텐사이트 및 잔부는 탄화물이 석출된 베이나이트를 포함하는 것을 보여준다.

이에 반해, 비교예 1 내지 9는 제조 조건을 만족하지 않은 경우로서, 강판의 미세조직과 기계적 물성을 만족하지 않는 것을 보여준다.

구체적으로, 비교예 1은 권취 온도를 벗어난 예로, 냉연 중 파단되어 기계적 물성을 측정할 수 없었다.

비교예 2, 3은 오스템퍼링 재가열 온도를 벗어난 예로, 강판의 단중을 16톤 이상으로 높였으나, 마르텐사이트와 페라이트의 분율을 벗어나고, 인장강도, 연신율 및 굽힘 특성 모두 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 4, 5는 오스템퍼링 재가열 시간을 벗어난 예로, 마르텐사이트와 페라이트의 분율을 벗어나고, 인장강도, 연신율 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 6은 오스템퍼링 항온열처리 온도를 벗어난 예로, 강판의 단중을 16.4톤으로 높였으나, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트, 페라이트의 분율을 벗어나고, 인장강도 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 7은 오스템퍼링 항온열처리 온도를 벗어난 예로, 강판의 단중을 16.4톤으로 높였으나, 마르텐사이트, 페라이트의 분율을 벗어나고, 인장강도, 연신율 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 8은 오스템퍼링 항온열처리 시간을 벗어난 예로, 강판의 단중을 16.4톤으로 높였으나, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트, 페라이트의 분율을 벗어나고, 인장강도 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 9는 오스템퍼링 항온열처리 시간을 벗어난 예로, 강판의 단중을 16.4톤으로 높였으나, 마르텐사이트의 분율을 벗어나고, 인장강도, 연신율이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 10 내지 17은 합금 조성을 만족하지 않은 경우로서, 강판의 미세조직과 기계적 물성을 만족하지 않는 것을 보여준다.

구체적으로, 비교예 10은 탄소의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중이 낮았고, 인장강도, 연신율 및 굽힘 특성 모두 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 11은 탄소의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중이 낮았고, 잔류 오스테나이트와 페라이트의 분율을 벗어나고, 인장강도 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 12는 망간의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중을 18.2톤으로 높였으나, 인장강도, 연신율 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 13은 망간의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중을 17.1톤으로 높였으나, 마르텐사이트의 분율을 벗어나고, 인장강도 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 14는 규소의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중을 16.4톤으로 높였으나, 잔류 오스테나이트와 페라이트의 분율을 벗어나고, 연신율 및 굽힘 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 15는 규소의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중을 16.4톤으로 높였으나, 잔류 오스테나이트의 분율을 벗어나고, 인장강도, 연신율 및 굽힘 특성 모두 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 16은 크롬의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중을 18.1톤으로 높였으나, 인장강도가 안 좋은 결과를 보였다.

비교예 17은 크롬의 조성비를 벗어난 예로, 강판의 단중을 17.8톤으로 높였으나, 마르텐사이트의 분율을 벗어나고, 인장강도와 굽힙 특성이 안 좋은 결과를 보였다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 구체적인 실시예와 표를 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 표에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (6)

1. 중량%로, C: 0.25% ~ 0.30%, Si: 0.5% ~ 1.5%, Mn: 0.5% ~ 1.5%, Cr: 0.005% ~ 0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 강판은 면적%로, 페라이트 3 ~ 10%, 잔류 오스테나이트 1 ~ 8%, 마르텐사이트 3 ~ 10% 및 잔부 베이나이트를 포함하는 강판.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 강판의 인장강도는 1000 ~ 1100MPa인 강판.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 강판의 연신율은 14 ~ 18%인 강판.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 강판의 반복 굽힘 횟수가 3회 이상 내지 4회 이하인 강판.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 강판의 단중(톤)은 16.0 ~ 20.0톤인 강판.