WO2022139205A1 - 레이저 절단 특성이 우수한 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

레이저 절단 특성이 우수한 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2022139205A1
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steel
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laser cutting
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유승호
홍승갑
조남영
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주식회사 포스코
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    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009—Pearlite

Definitions

  • the present invention relates to a steel material having excellent laser cutting properties and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a steel material and a method for manufacturing the same used in machinery, construction, and various parts materials requiring precision cutting.
  • Laser cutting refers to the precise cutting of metal materials using a laser. In the case of laser cutting, it is usually used mainly in the parts and materials industry where the shape is complex and the dimensions must be very accurate.
  • steel materials have different cutting characteristics depending on the thickness, surface condition, and alloy composition of the product.
  • laser cutting is applicable only to products with a thickness of less than 30mm, and if the thickness is greater than that, plasma cutting or gas cutting is applied.
  • the surface state there is a difference in laser cutting quality depending on the thickness and adhesion degree of the secondary scale generated as the plate is air-cooled after hot rolling.
  • the thinner the scale the better the laser cutting property, and when the scale is thick, the cut quality deteriorates as the scale is peeled off from the surface of the product during cutting.
  • the scale thickness is relatively thick, if the adhesion between the base material and the scale is large, it is not peeled off during laser cutting, so that excellent cutting quality can be obtained.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. JP 2012-142251
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. JP 1997-311094
  • an object of the present invention is to provide a thick plate steel material having excellent laser cutting properties while satisfying a yield strength of 245 MPa or more, and a method for manufacturing the same.
  • One aspect of the present invention is
  • the steel material may have a microstructure including ferrite and pearlite.
  • Another aspect of the present invention is
  • It relates to a method of manufacturing a steel sheet excellent in laser cutability, comprising the step of producing a hot-rolled steel sheet having a thickness of 28 mm or less by finish hot rolling the rough-rolled slab in a temperature range of 800 to 950 ° C.
  • the thickness of the scale layer formed on the surface of the steel is 30 ⁇ m or less.
  • Example 1 is a cross-sectional photograph of a steel sheet of Invention Example 1 cut by a laser cutting process in an embodiment of the present invention.
  • the present inventors repeated research and experiments to develop a thick plate steel with excellent laser cutting quality that can be manufactured in a blast furnace. It is to confirm that excellent laser cutting quality can be secured by adding Mn and Mo together in appropriate amounts, and to present the present invention.
  • the steel sheet having excellent laser cutting properties of the present invention is, by weight, carbon (C): 0.15 to 0.30%, silicon (Si): 0.1 to 0.5%, manganese (Mn): 1.5% or less (excluding 0) , Molybdenum (Mo): 0.5% or less (excluding 0), Phosphorus (P): 0.05% or less (excluding 0), Sulfur (S): 0.01% or less (excluding 0), Aluminum (Al): 0.05% or less (excluding 0), the balance Fe and other unavoidable impurities are included, the following relational expression 1 is satisfied, and the surface scale layer thickness is 30 ⁇ m or less.
  • the alloy composition of the present invention will be described.
  • the content of the alloy composition to be described is in weight %.
  • Carbon (C) is the most effective element that can secure the strength of steel, and must be added in an appropriate amount to secure strength above a certain level without going through a separate cooling process after hot rolling. In general, it is preferable to add 0.15% or more to sufficiently secure the above-described effects, but if the content exceeds 0.30%, the toughness of the steel may deteriorate and cracks may occur during reheating. Therefore, in the present invention, it is preferable to control the content of C to 0.15 to 0.30%. More preferably, the C content is controlled to 0.16 to 0.29%.
  • Silicon (Si) is effective for deoxidation during the steelmaking process, but is a major element that combines with oxygen at high temperatures to create scale on the surface of steel. It is preferable to add 0.1% or more to control the scale generated during heating and hot rolling along with the deoxidation effect. It is undesirable as it can cause Therefore, in the present invention, it is preferable to control the content of Si to 0.1 to 0.5%. More preferably, the Si content is controlled to 0.2 to 0.4%.
  • Manganese (Mn) is a representative hardenability element, which suppresses ferrite formation and effectively increases hardenability by lowering the Ar3 temperature, thereby improving the strength of steel.
  • the reaction with oxygen during cutting may increase the exothermic energy and deteriorate the cutting quality. Therefore, in the present invention, it is preferable to control the Mn content to 1.5% or less to ensure strength and cutting quality, and more preferably, to control the Mn content to 1.2% or less.
  • Molybdenum (Mo) is an element that effectively improves strength by increasing the hardenability of steel, and when fine Mo 2 C precipitates are generated at high temperatures, high yield strength can be secured.
  • the exothermic energy during the reaction with oxygen during the cutting process is relatively low compared to Mn and the like. Therefore, in the present invention, it is preferable to control the Mo content to 0.5% or less to ensure strength and cutting quality, and more preferably, to control the Mo content to 0.47% or less.
  • Phosphorus (P) is an element that is unavoidably contained in steel and inhibits the toughness of steel. Therefore, it is preferable to lower the content of P as much as possible to control it to 0.05% or less, but 0% is excluded in consideration of the unavoidably contained level.
  • S Sulfur
  • S is an element that inhibits the toughness of steel by forming MnS inclusions in the steel. Therefore, it is preferable to lower the content of S as much as possible to control it to 0.01% or less, but 0% is excluded in consideration of the unavoidable content level.
  • Aluminum (Al) is an effective element for lowering the oxygen content in molten steel as a deoxidizer of steel.
  • the content of Al exceeds 0.05%, it is not preferable because there is a problem that the cleanliness of the steel is impaired. Therefore, in the present invention, it is preferable to control the Al content to 0.05% or less, and 0% is excluded in consideration of the load during the steelmaking process and the increase in manufacturing cost.
  • the present invention in order to improve the laser cutting characteristics of the steel plate, it is required to contain C and Mo within the range satisfying the following relational expression (1). If the C/Mo content ratio defined in Equation 1 below exceeds 6.0, there is a problem in that the cutting quality is inferior as a result, such as defects such as dross, in which excessive melt is generated due to high heat during laser cutting.
  • the remaining component of the present invention is iron (Fe).
  • Fe iron
  • the microstructure of the steel material for laser cutting of the present invention is preferably composed of a ferrite and pearlite (dual phase) structure.
  • the microstructure is useful for securing the strength of steel, but is not directly related to laser cutting quality.
  • the thickness of the scale layer formed on the surface of the steel is limited to 30 ⁇ m or less.
  • oxygen gas is blown in to locally melt the material through an oxidation reaction with Fe at the cut surface, and the molten metal is pushed to the lower end of the material by the pressure of oxygen gas.
  • the thickness of the scale layer on the surface of the material exceeds 30 ⁇ m, a part of the scale falls off during cutting and burning occurs, resulting in inferior cutting quality.
  • removing all scale from the surface by grinding also deteriorates the quality of laser cutting.
  • laser cutting must first melt the surface with a laser heat source. This is because cutting itself can be difficult. Therefore, in the present invention, the thickness of the surface scale layer of the steel is limited to 30 ⁇ m or less, and the minimum thickness is not separately limited.
  • the method for manufacturing a steel plate of the present invention comprises the steps of heating a steel slab satisfying the compositional components in a temperature range of 1050 to 1180 °C; Rough-rolling the heated steel slab in a temperature range of 950 ⁇ 1050 °C; and manufacturing a hot-rolled steel sheet having a thickness of 28 mm or less by finish hot rolling the rough-rolled slab at a temperature range of 800 to 950°C.
  • the steel slab having the above composition is heated in a temperature range of 1050 ⁇ 1180 °C. If the heating temperature of the slab is less than 1050 °C, reverse transformation of the cast structure and complete austenitization cannot be achieved, whereas if the temperature exceeds 1180 °C, the austenite grains are excessively coarsened and there is a risk of the formation of a non-uniform structure There is a risk that scale may not be completely removed before hot rolling as scale grows excessively in the furnace. Therefore, in the present invention, the heating temperature of the steel slab is preferably in the range of 1050 ⁇ 1180 °C.
  • the heated steel slab is rough-rolled in a temperature range of 950 to 1050 °C.
  • the temperature of the rough rolling is less than 950° C.
  • the rolling load is increased and the pressure is relatively weak, so that the deformation is not sufficiently transmitted to the center of the slab thickness direction, and there is a fear that defects such as voids may not be removed.
  • the temperature exceeds 1050 °C there is a possibility that the initial austenite particles become too coarse because the grains grow after recrystallization occurs at the same time as rolling.
  • a hot-rolled steel sheet having a thickness of 28 mm or less is manufactured by finishing hot rolling the rough-rolled slab at a temperature range of 800 to 950°C. If the finish hot rolling temperature is less than 800 ° C., there is a problem that not only there is a risk that the microstructure becomes heterogeneous due to normal dual phase reverse rolling, but also the rolled shape is inferior and the sheet-feeding property is deteriorated. In terms of scale, if the rolling temperature is too low, the scale becomes thinner, but the scale layer is easily broken due to the relatively lack of ductility. . These red scales are judged to be of poor quality due to their red appearance.
  • the rough-rolled slab is finished hot-rolled in a temperature range of 840 to 900°C.
  • the surface scale layer is descaled to have a thickness of 30 ⁇ m or less. That is, descaling is performed by spraying high-pressure water on the steel surface during hot rolling so that the thickness of the scale layer formed on the surface of the steel is 30 ⁇ m or less.
  • the pressure of the high-pressure water applied to the descaling is not particularly limited, and if it is at least 100 bar, there will be no difficulty in removing the scale generated within the above-described rolling temperature range.
  • the hot-rolled steel sheet of the present invention manufactured as described above may be a thick steel sheet having a thickness of 28 mm or less. This is because, in the case of a thick steel plate having a thickness of more than 28mm, cutting itself is impossible with the output of a normal laser cutter.
  • the thickness of the steel sheet in the case of a steel sheet having a thickness of generally less than 16 mm, it is possible to secure laser cutting quality without separately controlling manufacturing conditions such as alloy components and hot rolling temperature.
  • the thickness of the steel sheet becomes thicker than this, the final cut quality can be determined according to material factors such as alloy composition and scale thickness up to a maximum thickness of 28 mm. Therefore, in the present invention, in consideration of this point, it is more preferable to set the thickness of the thick steel plate to be laser cut in the range of 16 to 28 mm.
  • the yield strength was processed according to KS standard No. 5 so that the width direction of the thick steel plate became the longitudinal direction of the tensile specimen, and the average value was used after testing three times at room temperature.
  • the scale thickness was measured through a scanning electron microscope after precision cutting while minimizing heat generation with a diamond cutting wheel after taping the steel sheet surface to prevent scale peeling during cutting.
  • laser cutting was performed on a 16-28 mm thick steel plate with a 3.5 kw output, gas pressure of 0.5 bar, and a speed of 600 mm/min. .
  • gas pressure of 0.5 bar
  • speed of 600 mm/min.
  • Comparative Examples 1-9 in which the alloy composition was outside the scope of the present invention, desired properties could not be obtained. Specifically, in Comparative Example 1-2, the yield strength was less than the reference value, and in Comparative Example 3, not only the alloy composition but also the finish hot rolling temperature was outside the range of the present invention, and a red scale was formed, and Comparative Example 4- 9 had poor laser cutting quality characteristics due to excessive dross and notch.
  • the composition of the alloy was within the range of the present invention, but the laser cutting quality characteristics were not good in Comparative Examples 10-12 in which the manufacturing process conditions were outside the range of the present invention. Specifically, in Comparative Examples 10 and 12, the heating temperature and the finishing hot rolling temperature were excessively high, respectively, and burning and scale peeling occurred, and in Comparative Example 11, the rough rolling temperature and the finishing hot rolling temperature were too low. As a result, a red scale occurred.
  • Figure 1 is a cross-sectional photograph of the steel sheet of Inventive Example 1 cut by the laser cutting process in this embodiment of the present invention. Unlike the comparative examples, there is no defect such as dross or notch, and the product surface also does not generate red scale. It can be seen that the cutting quality is very good.

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Abstract

레이저절단 특성이 우수한 강재 및 그 제조방법이 제공된다. 본 발명의 레이저절단 특성이 우수한 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.15~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5% 이하(0은 제외), 몰리브데늄(Mo): 0.5% 이하(0은 제외), 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.01% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 관계식 1을 만족하고 표면 스케일층 두께가 30㎛ 이하이다.

Description

레이저 절단 특성이 우수한 강재 및 그 제조방법
본 발명은 레이저 절단 특성이 우수한 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 정밀 절단 작업이 요구되는 기계, 건설 및 각종 부품 소재 등에 사용되는 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
레이저절단은 레이저를 사용하여 금속 재료를 정밀하게 절단하는 것을 말한다. 레이저절단의 경우 통상적으로 형상이 복잡하고 치수가 매우 정확해야 하는 부품 소재 산업 분야에서 주로 사용되고 있다.
레이저 절단 시 철강 소재는 제품의 두께와 표면 상태 및 합금성분에 따라 절단 특성에 차이가 나게 된다. 일반적으로 레이저절단은 두께 30mm 미만의 제품에 한하여 적용 가능하며 두께가 그 이상이 될 경우에는 플라즈마(plasma) 절단이나 일단 가스절단을 적용하게 된다. 표면 상태의 경우, 열간압연 후 판재가 공냉되면서 생성되는 2차 스케일의 두께와 밀착성 정도에 따라 레이저 절단 품질에 차이가 생기게 된다. 통상의 경우, 스케일 두께가 얇을수록 레이저 절단성이 우수하며, 스케일이 두꺼울 경우 절단 도중 제품 표면으로부터 스케일이 박리됨에 따라 절단 품질이 나쁘게 된다. 다만, 스케일 두께가 상대적으로 두껍다고 하더라도 모재와 스케일 간의 밀착성이 클 경우 레이저 절단 시 박리가 되지 않아 우수한 절단 품질을 얻을 수 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 일본 공개특허 JP 2012-142251호
(특허문헌 2) 일본 공개특허 JP 1997-311094호
따라서 본 발명은 항복강도 245MPa 이상을 만족하면서 레이저 절단 특성이 우수한 후판 강재 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면은,
중량%로, 탄소(C): 0.15~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5% 이하(0은 제외), 몰리브데늄(Mo): 0.5% 이하(0은 제외), 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.01% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하고 표면 스케일층 두께가 30㎛ 이하인 레이저 절단 특성이 우수한 두께가 28mm 이하인 후판 강재에 관한 것이다.
[관계식 1]
C/Mo < 6.0
상기 강재는 페라이트와 펄라이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
중량%로, 탄소(C): 0.15~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5% 이하(0은 제외), 몰리브데늄(Mo): 0.5% 이하(0은 제외), 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.01% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1050~1180℃의 온도범위에서 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 950~1050℃의 온도범위에서 조압연하는 단계; 및
상기 조압연된 슬라브를 800~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연함으로써 두께가 28mm 이하인 열연강판을 제조하는 단계;를 포함하는 레이저 절단성이 우수한 후판 강재의 제조방법에 관한 것이다.
상기 강재 표면에 형성된 스케일층 두께가 30㎛ 이하가 되도록 열간 압연시 디스케일하는 것이 바람직하다.
상술한 구성의 본 발명에 따르면, 스케일층 두께 30㎛ 이하이면서 항복강도 245MPa 이상을 만족하는 레이저 절단 특성이 우수한 강을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 레이저 절단 공정으로 절단된 발명예 1 강판의 단면 사진이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명자들은 고로사에서 제조 가능한 레이저 절단 품질이 우수한 후판 강재를 개발하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과, 종래 Si을 첨가하지 않거나 극력 제한하는 기술과 달리 Si을 적정량 이상으로 첨가함과 동시에 Mn, Mo을 적정량 함께 첨가함으로써 우수한 레이저 절단 품질을 확보할 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다.
이러한 본 발명의 레이저 절단 특성이 우수한 후판 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.15~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5% 이하(0은 제외), 몰리브데늄(Mo): 0.5% 이하(0은 제외), 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.01% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하고 표면 스케일층 두께가 30㎛ 이하이다.
먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 설명하며, 여기에서, 설명되는 합금조성의 함량은 중량%이다.
·탄소(C): 0.15~0.30%
탄소(C)는 강의 강도를 확보할 수 있는 가장 유효한 원소로서 열간압연 후 별도의 냉각 과정을 거치지 않고서도 일정 수준 이상의 강도 확보를 위해서는 적정량을 첨가해야만 한다. 통상적으로 상술한 효과를 충분히 확보하기 위해서는 0.15% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하나, 만일 그 함량이 0.30%를 초과하게 되면 강의 인성이 나빠질 수 있을 뿐만 아니라 재가열 시 크랙이 발생할 수 있는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 C의 함량을 0.15~0.30%로 제어하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 C 함량을 0.16~0.29%로 제어하는 것이다.
·실리콘(Si): 0.1~0.5%
실리콘(Si)은 제강 공정 중 탈산에 유효하나 고온에서 산소와 결합하여 강의 표면에 스케일을 생성시키게 되는 주요 원소이다. 탈산 효과와 함께 가열 및 열간압연 동안에 생성되는 스케일을 제어를 위해서는 0.1% 이상 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 최종 제품의 표면 스케일이 지나치게 두꺼워질 뿐만 아니라 압입흠과 같은 결함을 유발할 수 있어 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Si의 함량을 0.1~0.5%로 제어하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 Si 함량을 0.2~0.4%로 제어하는 것이다.
·망간(Mn): 1.5% 이하(0은 제외)
망간(Mn)은 대표적인 경화능 원소로서 페라이트 생성을 억제하고, Ar3 온도를 낮춤으로써 소입성을 효과적으로 상승시켜 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 하지만, 절단 시 산소와의 반응으로 발열에너지를 높여 절단 품질을 나쁘게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 강도와 절단 품질 확보를 위해 상기 Mn의 함량을 1.5% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, Mn 함량을 1.2% 이하로 제어하는 것이다.
·몰리브데늄(Mo): 0.5% 이하(0은 제외)
몰리브데늄(Mo)은 강의 소입성을 증가시켜 강도를 효과적으로 향상시키는 원소이며, 고온에서 미세한 Mo2C 석출물이 생성되면 높은 항복강도 확보가 가능하다. 또한, 절단 과정 중 산소와의 반응 시 발열에너지가 Mn 등과 비교하여 상대적으로 낮다. 따라서, 본 발명에서는 강도와 절단 품질 확보를 위해 상기 Mo의 함량을 0.5% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, Mo 함량을 0.47% 이하로 제어하는 것이다.
·인(P): 0.05% 이하(0은 제외)
인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 원소이면서, 강의 인성을 저해하는 원소이다. 따라서, 상기 P의 함량을 가능한 한 낮추어서 0.05% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 다만 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외한다.
·황(S): 0.01% 이하(0은 제외)
황(S)은 강 중 MnS 개재물을 형성하여 강의 인성을 저해하는 원소이다. 따라서, 상기 S의 함량을 가능한 한 낮추어서 0.01% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 다만 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외한다.
·알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외)
알루미늄(Al)은 강의 탈산제로서 용강 중에 산소 함량을 낮추는데 효과적인 원소이다. 이러한 Al의 함량이 0.05%를 초과하게 되면 강의 청정성이 저해되는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Al의 함량을 0.05% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 제강공정시 부하, 제조비용의 상승 등을 고려하여 0%는 제외한다.
·관계식 1
또한 본 발명에서는 후판 강재의 레이저절단 특성을 제고하기 위하여, 하기 관계식 1을 만족하는 범위 내에서 C과 Mo를 함유할 것이 요구된다. 만일 하기 관계식 1에서 정의되는 C/Mo 함량비가 6.0을 초과하면 레이저 절단 시 높은 열로 인해 과다한 용융물이 생성되는 Dross와 같은 불량이 발생하는 등 결과적으로 절단품질이 열위해지는 문제가 있다. 본 발명에서 바람직하게는, 상기 함량비가 5.5 이하, 보다 바람직하게는, 5.0 이하가 되도록 C과 Mo를 함유함이 소망스럽다.
[관계식 1]
C/Mo < 6.0
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
한편 본 발명의 레이저절단용 강재의 미세조직은 페라이트와 펄라이트 이상(dual phase) 조직으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 미세조직은 강의 강도 확보에는 유용하나 레이저 절단 품질과는 직접적으로 관련이 없다.
또한, 본 발명에서는 레이저 절단 품질을 확보하기 위해, 상기 강재의 표면에 형성되는 스케일층의 두께를 30㎛ 이하로 제한한다. 레이저절단은 레이저를 열원으로 표면을 녹인 후, 산소 가스를 불어넣어서 절단면에서 Fe와의 산화반응을 통해 소재를 국부적으로 용융시키고 용융금속을 산소 가스 압력으로 소재 하단부로 밀어내게 된다. 이때 소재 표면의 스케일층 두께가 30㎛를 초과하면, 절단 중 스케일 일부가 떨어져 나가면서 버닝(burning)이 일어나 절단 품질이 열위하게 된다. 한편, 연삭 등으로 표면에 스케일을 모두 제거해 버리는 것 역시 레이저 절단 품질을 나쁘게 하는데, 이는 상기 설명한 바와 같이 레이저절단이 레이저 열원으로 표면을 우선적으로 녹여야 하는데 표면에 스케일 층이 아예 없을 경우 레이저가 난반사됨에 따라 절단 자체가 어려울 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 강재의 표면 스케일층 두께를 30㎛ 이하로 제한하며 최소 두께에 대해서는 별도로 한정을 하진 않는다.
이하, 본 발명 레이저절단성이 우수한 후판 강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 후판 강재의 제조방법은, 상기 조성성분을 만족하는 강 슬라브를 1050~1180℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 950~1050℃의 온도범위에서 조압연하는 단계; 및 상기 조압연된 슬라브를 800~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연함으로써 두께가 28mm 이하인 열연강판을 제조하는 단계;를 포함한다.
먼저, 본 발명에서는 상술한 조성성분을 갖는 강 슬라브를 1050~1180℃의 온도범위에서 가열한다. 상기 슬라브 가열온도가 1050℃ 미만이면 주조 조직을 역변태 시켜 완전한 오스테나이트화 할 수 없게 되고, 반면 그 온도가 1180℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 지나치게 조대화되어 불균일한 조직이 형성될 우려가 있으며 가열로 내에서 스케일이 지나치게 성장함에 따라 열간압연 전 완전히 제거되지 않을 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 강 슬라브의 가열온도가 1050~1180℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이어, 본 발명에서는 상기 가열된 강 슬라브를 950~1050℃의 온도범위에서 조압연한다. 상기 조압연시 그 온도가 950℃ 미만이면 압연 하중이 증가하여 상대적으로 약압하 됨으로써 슬라브 두께 방향 중심까지 변형이 충분히 전달되지 못하여 공극과 같은 결함이 제거되지 않을 우려가 있다. 반면, 그 온도가 1050℃를 초과하게 되면 압연과 동시에 재결정이 일어난 후 입자가 성장하게 되어 초기 오스테나이트 입자가 지나치게 조대해질 우려가 있다.
그리고, 본 발명에서는 상기 조압연된 슬라브를 800~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연함으로써 두께 28mm 이하의 열연강판을 제조한다. 상기 마무리 열연압연 온도가 800℃ 미만이면 통상적으로 이상(dual phase)역 압연이 되어 미세조직이 불균질하게 될 우려가 있을 뿐만 아니라 압연 형상이 열위해져 통판성이 나빠지는 문제가 있다. 스케일 측면에서는 압연온도가 지나치게 낮으면 스케일이 얇아지게 되는 효과는 있으나 상대적으로 연성이 부족하여 스케일 층이 쉽게 깨지게 되고 깨진 틈으로 산소가 유입됨으로써 모재와 반응하여 적스케일(red scale)이 생성되게 된다. 이러한 적스케일은 붉은 외관으로 인해 최종 품질 불량 판정을 받게 된다. 반면, 그 온도가 950℃를 초과하게 되면 압연 생산성이 높아지고 통판성도 좋아지는 이점은 있으나, 압연 종료 후 상온까지 판재가 냉각되는 동안 스케일이 성장함으로써 결과적으로 최종 스케일 두께가 지나치게 두꺼워져 레이저절단 품질이 열위해 질 수 있는 문제가 있다. 보다 바람직하게는, 상기 조압연된 슬라브를 840~900℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하는 것이다.
한편 본 발명에서는 상술한 열간압연 중에 강판 표면에 고압수를 분사함으로써 그 표면 스케일층 두께가 30㎛ 이하가 되도록 디스케일한다. 즉, 상기 강재 표면에 형성된 스케일층 두께가 30㎛ 이하가 되도록 열간 압연시 강재 표면에 고압수를 분사함으로써 디스케일한다.
통상 디스케일링(de-scaling)이라고 불리는 공정은 후강판의 열간압연 중 적용하는 것으로서 분사하는 물의 압력이 클수록 스케일 제거 효과가 우수하다. 본 발명에서 디스케일링에 적용되는 고압수의 압력은 특별히 한정하지 아니하며, 최소 100 bar 이상이라면 상기 기술한 압연 온도 영역 내에서 생성되는 스케일 제거에는 무리가 없을 것이다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 열연강판은 28mm 이하의 두께를 갖는 후강판일 수 있다. 왜냐하면 두께 28mm 초과의 후강판의 경우 통상의 레이저절단기 출력으로는 절단 자체가 불가능하기 때문이다.
한편 일반적으로 16mm 미만의 두께를 갖는 강판의 경우는 합금성분 및 열간압연 온도 등 별도의 제조조건 제어 없이도 레이저 절단 품질 확보가 가능하다. 그런데 이 보다 강판의 두께가 점차 두꺼워지면 최대 두께 28mm까지 합금성분 및 스케일 두께 등의 소재 인자에 따라 최종 절단 품질이 결정될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 이 점을 고려하여, 레이저 절단되는 후강판의 두께를 16~28mm 범위로 함이 보다 바람직하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
하기 표 1의 합금조성을 갖는 강 슬라브를 준비한 후, 상기 강 슬라브에 대하여 하기 표 2의 조건으로 강 슬라브 가열-조압연-열연압연-공냉(상온)을 실시하여 최종 후강판을 제조하였다. 상기 후강판에 대하여 항복강도와 스케일 두께를 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 또한 상기 제조된 후강판에 대하여 자체 레이저 절단 시험을 한 후, 그 절단성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.
이때, 상기 항복강도는 후강판의 폭 방향이 인장시편의 길이 방향이 되도록 KS규격 5호로 가공하여 상온에서 3회 시험 후 평균 값을 사용하였다.
그리고 상기 스케일 두께는 절단 시 스케일 박리를 방지하기 위해 강판 표면을 테이핑 처리한 후 다이아몬드 커팅 wheel로 열 발생을 최소화하며 정밀 절단 후에 주사전자현미경을 통해 측정하였다.
그리고, 레이저 절단은 두께 16~28mm 후강판을 대상으로 3.5kw 출력으로 가스압 0.5bar, 600mm/min.의 속도로 절단하였으며, 이후 절단면을 육안 관찰하여 결함 유무를 판단하고 최종적으로 절단 품질을 판정하였다. 레이저절단성이 우수한 경우는 통상 불량으로 정의되는 노치(Notch), 버닝(Burning), 드로스(Dross)가 없어 바로 제품화 할 수 있는 수준이며, 이러한 결함이 하나라도 관찰되면 불량재로 구분하였다.
Figure PCTKR2021017473-appb-img-000001
*표 1에서 잔여 성분은 Fe 및 불가피한 불순물임
Figure PCTKR2021017473-appb-img-000002
Figure PCTKR2021017473-appb-img-000003
상기 표 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금조성과 열간압연 온도 등의 제조조건을 만족하는 본 발명예 1-6의 경우, 목표로 하는 항복강, 스케일 두께와 함께 우수한 레이저절단 품질을 확보하고 있음을 알 수 있다.
이에 반하여, 합금조성 성분이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1-9는 소망하는 특성을 얻을 수 없었다. 구체적으로, 비교예 1-2는 항복강도가 기준치에 미달하고, 비교예 3은 합금조성성분 뿐만 아니라 마무리 열간압연온도가 본 발명의 범위를 벗어나 적(red) 스케일 형성되었으며, 그리고 비교예 4-9는 Dross와 Notch 과다하여 레이저 절단 품질 특성이 나빴다.
또한 합금조성 성분은 본 발명범위 범위내이나 제조공정 조건이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 10-12도 레이저 절던 품질특성이 좋지 않았다. 구체적으로, 비교예 10 및 비교예 12는 가열온도와 마무리 열간압연온도가 각각 과도하게 높은 경우로서, Burning과 스케일박리가 발생하였으며, 비교예 11은 조압연 온도와 마무리 열간압연온도가 지나치게 낮은 경우로서 적(red) 스케일이 발생하였다.
한편 도 1은 본 발명의 본 실시예에서 레이저 절단 공정으로 절단된 발명예 1 강판의 단면 사진으로서, 상기 비교예들과는 다르게 Dross나 Notch와 같은 결함이 없고 제품 표면 역시 적(red)스케일이 발생하지 않아 매우 우수한 절단품질을 보임을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.15~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5% 이하(0은 제외), 몰리브데늄(Mo): 0.5% 이하(0은 제외), 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.01% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하고 표면 스케일층 두께가 30㎛ 이하인 레이저 절단 특성이 우수한 두께가 28mm 이하인 후판 강재.
    [관계식 1]
    C/Mo < 6.0
  2. 제 1항에 있어서, 상기 강재는 페라이트와 펄라이트를 포함하는 미세조직을 가짐을 특징으로 하는 레이저 절단 특성이 우수한 두께가 28mm 이하인 후판 강재.
  3. 중량%로, 탄소(C): 0.15~0.30%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5% 이하(0은 제외), 몰리브데늄(Mo): 0.5% 이하(0은 제외), 인(P): 0.05% 이하(0은 제외), 황(S): 0.01% 이하(0은 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1050~1180℃의 온도범위에서 가열하는 단계;
    상기 가열된 강 슬라브를 950~1050℃의 온도범위에서 조압연하는 단계; 및
    상기 조압연된 슬라브를 800~950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연함으로써 두께가 28mm 이하인 열연강판을 제조하는 단계;를 포함하는 레이저 절단성이 우수한 후판 강재의 제조방법.
    [관계식 1]
    C/Mo < 6.0
  4. 제 3항에 있어서, 상기 강재 표면에 형성된 스케일층 두께가 30㎛ 이하가 되도록 열간 압연시 디스케일하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단성이 우수한 후판 강재의 제조방법.
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