KR100370579B1 - 표면성상 및 가공성이 우수한 열연강판 및 미니밀 공정에 의한그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고철을 철공급원으로 사용하는 미니밀 특성상 피할수 없는 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)과 같은 트램프 원소와 전기로 특성상 질소가 높기 때문에 발생하는 강의 경질화를 억제하기 위한 Cu, Sn등의 저융점 성분을 함유하여 가공성 및 표면품질이 우수한 열연강판 및 미니밀 공정에 의한 열연강판 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 열연강판은, 중량 %로, C :0.03∼0.06%, Mn :0.25%∼0.40%, Si :0.025% 이하, P :0.01% 이하, S :0.008% 이하, Cr :0.1% 이하, Ni :0.3% 이하, Cu :0.4% 이하, Sn :0.001∼0.04%, Pb :0.001∼0.012%, 산가용(Soluble) Al :0.03∼0.10%, N :150ppm 이하, Ca :0.0002∼0.008%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되고, Mn/S≥30을 만족하며, 그 제조방법은, 상기 조성의 전기로 용해후 연속으로 주조된 슬라브를, 950℃ 이하에서 중간압연후, 유도가열로에서 1050℃이하로 가열하며, 이어서 1050℃ 이하로 유지되는 코일박스를 통과하여 이송되며, 마무리 압연을 실시후 640℃이상의 온도에서 권취하는 것으로 이루어진다.
Description
본 발명은 미니밀 공정에 의하여 표면성상이 우수하고, 가공성이 우수한 열연강판을 제조하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고철을 철공급원으로 사용하는 미니밀 특성상 피할수 없는 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)과 같은 트램프 원소(Tramp element)와 전기로 특성상 질소가 높기 때문에 발생하는 강의 경질화를 억제하기 위한 Cu, Sn등의 저융점 성분을 함유하여 가공성 및 표면품질이 우수한 열연강판 및 미니밀 공정에 의한 열연강판 제조방법에 관한 것이다.
미니밀 공정은 기존 고로방식 제철법과는 달리 전기로에서 고철을 용해하여 연속주조기에서 박슬라브(100㎜이하)로 주조하고, 중간설비를 통해 압연온도를 확보하여 직송열간압연을 실시하는 에너지 저감형, 환경친화적인 공정이다.
최근에 자동차류의 고철이 증가하는 추세에 있으며, 이러한 고철은 Cu, Sn, Pb, Ni등 정련이 곤란한 트램프 원소(Tramph Element)를 함유하고 있다. 이러한 자동차류 고철을 철공급원으로 사용할 경우 트램프 원소가 강중에 잔존하여 제품 표면 품질을 열화시킨다.
또한 전기로 정련은 전로 정련과는 달리 질소 제어가 어려우며, 강중 트램프 원소와 질소는 강도를 상승시키고 연신율을 저하시키는 역할을 한다.
따라서 종래 미니밀 공정에 의해 제조된 제품은 고로재 대비 동일 규격의 경우 인장, 항복강도가 높고 연신율이 낮은 문제점이 있어, 가공시 가공부하 및 가공 한계가 있다.
본 발명은 상기 설명한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 표면성상이 우수하면서 가공성이 우수한 연질 열연강판을 제조하기 위하여 연구와 실험을 행한 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, Cu, Sn, Pb, Ni등이 많이 함유된 고철을 철공급원(Source)으로 하고, 질소가 높은 경우에도 가공성이 우수하고 표면성상이 우수한 연질 열연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명의 열연강판 제조 공정을 도시한 도면이다.
이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 제 1 태양은, 중량%로, C :0.03∼0.06%, Mn :0.25∼0.40%, Si :0.025% 이하, P :0.01%이하, S :0.008% 이하, Cr :0.1% 이하, Ni :0.4% 이하, Cu :0.4% 이하, Sn :0.001∼0.04%, Pb : 0.001∼0.012%, 산가용 Al :0.04∼0.10%, N : 150ppm 이하, Ca : 0.0002∼0.008%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되고, Mn/S≥30을 만족하는 표면성상이 우수하고 가공성이 우수한 연질 열연강판에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 제 2 태양은, 중량%로, C :0.03∼0.06%, Mn :0.25∼0.40%, Si :0.025% 이하, P :0.01% 이하, S :0.008% 이하, Cr :0.1% 이하, Ni :0.4% 이하, Cu :0.4% 이하, Sn :0.001∼0.04%, Pb :0.001∼0.012%, 산가용 Al :0.04∼0.10%, N :150ppm 이하, Ca :0.0002∼0.008%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되고, Mn/S≥30을 만족하고 전기로 용해후 연속으로 주조된 슬라브를 950℃ 이하에서 중간압연후 유도가열로에서 1050℃이하로 가열하고, 1050℃이하로 유지되는 코일박스를 통과하여 이송되며, 마무리 압연을 실시후, 640℃이상에서 권취하여 제조하는 표면성상과 가공성이 우수한 연질 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 박슬라브 연주 특성상 C량을 제한하고, 에지 크랙을 억제하기 위하여 Mn/S 비를 조정하고, 표면 크랙 억제를 위하여 Cu, Sn, Ni을 조정하고, 과포화된 질소를 제거하기 위하여 산가용 Al을 조정한 합금설계 및, 표면크랙 억제와 석출물의 빠른 석출을 유도하기 위하여 중간압연 온도 및 가열온도를 제한하여 박슬라브 공정에서 표면성상이 우수하고 가공성이 우수한 연질 열연강판을 제조함을 특징으로 한다.
먼저, 상기와 같이 성분 및 조성 범위를 한정하는 이유에 대하여 설명한다.
C는 강중에 함유되어 침입형 원소로서 강도를 향상시키는데 좋은 원소이나, 박슬라브(100㎜이하)법에 의한 연속주조는 기존 주조법에 비하여 슬라브가 얇고, 주조속도가 빠르기때문에 무결함 주편을 제조하기가 어려우며, 특히 0.06% 이상에서는 응고중 포정반응시 슬라브 수축이 일어나고, 일부분이 동판주조몰드와 유리되어 열전달이 억제되고, 응고층이 재용해되어 반응고층이 파열되는 가능성이 증대된다.
따라서, 박슬라브 연주법에 의한 저탄소강 제조시 C를 0.06% 이하로 제한하였다.
Mn은 강중에 함유되어 강도를 향상시키는 원소이며, 강중 불순물로써 존재하는 S을 MnS로 고정하여 열간압연중 저융점 화합물인 S 화합물에 의해 발생하는 크랙을 억제하는 역할을 수행한다.
박슬라브 주조법은 연속주조 직후 고온에서 중간압연(1차압연)을 실시하기 때문에 기존 연주법에 비하여 S 화합물에 의한 에지크랙 발생이 심각하기 때문에 Mn/S ≥30 이상으로 제한 하였다.
Si은 강중에 함유되어 강도를 향상시키는 탁월한 원소이나, 도금용으로도 사용하는 연질 열연강판 특성상 0.025% 이하로 제한하였다. 강중에 0.025% 이상의 Si을 함유한 경우 아연도금시 과도금층이 형성되는 문제점이 발생하기 때문에 0.025% 이하로 제한하는 것이다.
Ni은 강중에 함유되어 열간 표면크랙을 억제하는 원소로, 고철중 잔존하는 Cu, Sn, Pb 등은 Fe에 비하여 열역학적으로 안정하여 지철(地鐵)의 산화과정시 철이 선택 산화되고, 이들 원소는 농화되어 스케일과 지철 계면에 농화된다.
이 원소들의 농화층은 저융점 물질로써 열간압연 온도에서 용융되어 변형 수반시 오스테나이트 입계를 침식하여 열간크랙을 유발한다. 이러한 저융점 농화층은 Ni을 첨가시 전율 고용되어 농화층 용융점을 상향시켜서 열간변형 온도에서 고상으로 존재하므로써 열간크랙을 억제하는 역할을 수행한다.
하지만, Ni 함유량이 0.40%를 넘으면 상기 작용이 포화점에 이르게 되어 경제성을 상실한다. 따라서, Ni함유량을 0.4% 이하로 한정하였다.
또한, Ni 함유량이 증가하는 경우 스케일과 지철 사이의 형상이 거칠게 되어 디스케일성을 방해한다. 따라서, 스케일 측면에서는 적게 첨가하는 것이 필요하다.
고철에 함유된 Cu, Sn은 상기와 같이 산화과정시 저융점 농화층을 형성하여 열간표면크랙을 유발하므로 Cu, Sn 비율을 낮추는 것이 중요하다. 따라서, Cu + 10Sn ≤ 0.4%로 관리하는 것이 바람직하다.
산가용(Soluble) Al은 강 정련공정에서 탈산제로서 강중 산소 함량을 낮추는 역할을 수행하며, 여분의 강중 Al은 질소를 AlN으로 고정시켜 시효현상 억제 및 항복강도 저하, 권취시 비정상립 성장에 의한 조대립 발생 등을 억제하는 역할을 수행한다. 고철을 철원으로하여 전기로를 이용하는 미니밀 공정의 경우 전로에 의한 정련에 비하여 질소농도가 높고 난정련 원소인 트램프 원소가 많이 잔존한다.
따라서 고로재에 비하여 미니밀재의 경우 인장강도, 항복강도가 3∼4kgf/㎟ 높고, 연신율이 5% 저하되는 문제점이 있어서 과잉 질소를 Al으로 고정시켜 질소에 의한 항복강도, 인장강도 증가를 억제하고자 하였으며, 이러한 목적에 따라 산가용 Al을 0.03∼0.10%로 한정하였다.
Ca은 개재물 형상을 조정하여 연주 노즐 막힘을 억제하는 작용을 하는데, 박슬라브 연속주조의 경우 노즐이 기존 고로 밀에 비하여 협소하기 때문에 노즐 막힘이 심각하다. 따라서 Ca을 첨가하여 개재물을 구형화, 연주성을 향상 시킨다. 그 함유량은 0.002∼0.08%로 한정한다.
P는 용접성에 악영향을 미치는 불순원소이므로 용접성을 확보하기 위하여 함유량을 0.05% 이하로 관리하는 것이 필요하다. 특히, 페라이트에 균일하게 분산시키기 위해서는 0.01% 이하로 관리 하는 것이 좋다.
S는 유화물계 개재물을 형성하여 가공성을 저해하는 불순물이며, 박슬라브 연주법에서는 열간가공시 유화물계 저융점 화합물을 형성하여 에지크랙을 일으키는 원소이다. 따라서 Mn에 의하여 MnS로 고정하거나, S을 80ppm 이하로 관리하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 성분 조성 범위내에서 본 발명 강의 성분조성을 조정함에 따라 종래의 미니밀 소재에 비하여 강도가 저하되고, 연신율이 증가하는 가공성이 양호한 열연강판을 제조할 수 있다. 또한, 열간압연시 열간 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있어서 표면품질이 양호한 열연강판을 생산할 수 있다.
위와 같은 특성을 가진 열연강판은 다음과 같은 제조 방법에 따라 제조 된다.
도 1 도시와 같이, 상기 성분 조성 범위내로 성분 조정된 강을 전기로에서 용해하여, 박슬라브 연속주조기에서 슬라브로 연속주조하고, 슬라브를 중간압연하며, 중간압연 출측온도는 950℃ 이하로 하며, 유도가열로(Inductive Heater)에서 가열하여 마무리 압연온도를 확보하고, 코일박스에서 바코일 상태로 권취하고, Ar3온도 이상에서 마무리 압연을 수행하고, 640℃ 이상의 온도에서 열연코일을 권취하여 제조한다.
본 발명에서는 상기와 같이 합금 성분계를 만족하도록 강을 조성한 후, 박슬라브 연속주조기로 연속주조후 중간압연(1차압연)을 실시한다.
중간압연 마무리 온도는 950℃ 이하로 유지하여 강중 난정련 원소인 Cu, 부유물인 S을 CuS 화합물로 고정하고, N는 AlN 형태로 고정하여 강도 상승 및 연신율 저하를 억제하는 역할을 수행한다.
중간압연온도가 너무 낮은 Ar3이하에서 열간압연을 수행할 경우 미리 변태한 페라이트 결정립 부위로 변형이 집중되어 변형한(變形限) 이상을 벗어나는 경우 에지크랙을 발생시킨다.
따라서 본 발명에서는 중간압연온도 하한선을 Ar3이상, 상한선을 950℃ 이하로 하였다.
미니밀공정에 있어서는 중간압연후 냉각된 바를 유도가열로(Inductive Heater)에서 1050℃ 이하로 가열하는데, 이는 마무리 압연온도에 알맞은 온도를 확보하고, 재질 및 표면에 미치는 영향이 크기 때문에 아주 중요한 바, 마무리 압연온도를 확보하고, CuS, AlN 등의 석출물이 재용해되는 것을 방지하며, 표면산화에 의해 Cu, Sn등의 저융점 농화층이 용해되어 마무리 압연시 표면크랙을 유발하기 쉽기 때문에 유도가열로에서 1050℃이하로 상한선을 설정하여 가열하는 것이다.
또한, 미니밀 공정에서는 중간압연된 바(Bar)를 바 상태로 권취하여 중간압연과 마무리 압연 공정 사이의 공간을 획기적으로 줄이고, 바코일(Bar Coil) 온도 하락을 억제하기 위하여 코일박스 설비를 보유하며, 코일박스 온도는 바 온도를 결정하고, 표면선택 산화후 발생하는 저융점 농화층의 용해현상에 영향을 미치기 때문에 적정 마무리온도를 확보하고 및 석출물의 재용해를 억제하기 위하여 1050℃ 이하로 상한선을 설정하여 유지하는 것이 필요한 바, 상기와 같은 온도 범위로 유지되는 코일박스를 통과하여 이송되어 마무리압연 공정으로 보내진다.
본 발명에서는 마무리 압연을 Ar3온도(870℃) 이상에서 실시한다. 마무리 압연온도가 Ar3온도 이하인 경우 변형조직이나 조대립, 혼립등이 잔존하여 가공성을 저해한다. 따라서 하한선을 Ar3온도로 설정하여 그 이상의 온도에서 마무리압연을 실시하였다.
마무리 압연을 행한 열연강판은 640℃이상의 온도에서 권취하는데, 양호한 가공성을 확보하기 위해서는 탄질화물을 조대하게 석출시켜 열연강판의 결정립 성장을 억제하는 효과를 줄여야 하므로 권취온도 하한을 640℃로 하였다.
그러나 권취온도가 너무 높으면 산세성이 저하되거나, 스케일 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다. 따라서 귄취온도 상한은 750℃로 한다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예
아래의 표 1과 같은 조성의 발명강을 연속주조하여 표 2 에 나타낸 제조 조건으로 중간압연하고 유도가열로에서 가열하며, 코일박스에서 열연 바를 권취한 후, 표 2 의 제조조건으로 유지, 마무리 압연하여, 권취하였다.
얻어진 열연강판에 대해 인장,연신 특성, 180도 굽힘 시험을 실시하며, 표면품질을 조사하여 표 2 에 나타내었다.
이때 인장시험은 C 방향에 대하여 JIS 5호 인장시험편을 채취하여 행하였고, 굽힘특성은 180도 굽힘을 실시하여 측정하였으며, 표면품질은 열간압연 강판의 표면에 발생하는 표면크랙 유무에 따라 판단하였다.
| 시험예 | 화 학 성 분(중량%) | Cu +10Sn | ||||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | S.Al | N | Cu | Sn | Ni | Cr | Mo | Ca | ||
| 발명예1 | 0.04 | 0.01 | 0.3 | 0.01 | 0.005 | 0.04 | 0.008 | 0.1 | 0.01 | 0.04 | 0.04 | 0.01 | 0.003 | 0.2 |
| 발명예2 | 0.04 | 0.01 | 0.3 | 0.01 | 0.005 | 0.04 | 0.008 | 0.1 | 0.01 | 0.04 | 0.04 | 0.01 | 0.003 | 0.2 |
| 발명예3 | 0.04 | 0.01 | 0.3 | 0.01 | 0.005 | 0.04 | 0.008 | 0.1 | 0.01 | 0.04 | 0.04 | 0.01 | 0.003 | 0.2 |
| 발명예4 | 0.04 | 0.01 | 0.3 | 0.01 | 0.005 | 0.08 | 0.008 | 0.1 | 0.01 | 0.04 | 0.04 | 0.01 | 0.003 | 0.2 |
| 발명예5 | 0.04 | 0.01 | 0.3 | 0.01 | 0.005 | 0.08 | 0.008 | 0.1 | 0.01 | 0.04 | 0.04 | 0.01 | 0.003 | 0.2 |
| 발명예6 | 0.04 | 0.01 | 0.3 | 0.01 | 0.005 | 0.04 | 0.008 | 0.2 | 0.03 | 0.2 | 0.04 | 0.01 | 0.003 | 0.5 |
| 발명예7 | 0.04 | 0.01 | 0.3 | 0.01 | 0.005 | 0.04 | 0.008 | 0.4 | 0.03 | 0.4 | 0.04 | 0.01 | 0.003 | 0.7 |
| 비교예1 | 0.05 | 0.03 | 0.25 | 0.03 | 0.010 | 0.02 | 0.010 | 0.1 | 0.02 | 0.04 | 0.04 | 0.03 | - | 0.3 |
| 비교예2 | 0.04 | 0.03 | 0.4 | 0.03 | 0.010 | 0.02 | 0.012 | 0.4 | 0.02 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | - | 0.7 |
| 비교예3 | 0.06 | 0.03 | 0.3 | 0.03 | 0.010 | 0.04 | 0.012 | 0.1 | 0.02 | 0.04 | 0.04 | 0.02 | - | 0.3 |
| 시험예 | 중간압연 온도 (℃) | I/H가열 온도 (℃) | 코일박스온도 (℃) | 마무리압연온도(℃) | 권취온도(℃) | TS(㎏f/㎟) | YP(㎏f/㎟) | EI(%) | 180도 굽힘시험 | 표면 품질 |
| 발명예1 | 900 | 1000 | 1000 | 870 | 660 | 36 | 30 | 39.6 | ○ | ○ |
| 발명예2 | 900 | 1050 | 1050 | 870 | 660 | 37.5 | 31 | 36 | ○ | ○ |
| 발명예3 | 900 | 1000 | 1000 | 870 | 700 | 35 | 28.9 | 39.6 | ○ | ○ |
| 발명예4 | 900 | 1000 | 1000 | 870 | 660 | 35 | 29 | 39.5 | ○ | ○ |
| 발명예5 | 950 | 1050 | 1050 | 870 | 660 | 36.5 | 30.4 | 38 | ○ | ○ |
| 발명예6 | 900 | 1000 | 1000 | 870 | 660 | 36.5 | 30.7 | 37 | ○ | ○ |
| 발명예7 | 950 | 1050 | 1050 | 870 | 660 | 37.5 | 31.5 | 36 | ○ | ○ |
| 비교예1 | 980 | 1050 | 1050 | 870 | 640 | 40 | 34 | 35 | △ | ○ |
| 비교예2 | 950 | 1080 | 1080 | 870 | 600 | 42 | 35 | 33 | × | × |
| 비교예3 | 960 | 1150 | 1100 | 870 | 600 | 42 | 35 | 29 | △ | × |
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와같이, 발명재는 기본적으로 표면크랙이 전무한 상태에서 인장강도≤37.5㎏f/㎟, 연신율≥ 36%를 확보하고, 180도 굽힘특성이 양호하였다.
표면크랙 측면에서 발명재1∼5는 Cu+10Sn≤0.4를 만족하는 조건에서 트램프 원소를 관리하여 표면크랙을 억제하고, 질소량 하향, 산가용 알루미늄양과 유도가열로 가열온도를 조절하여 표면크랙 성상이 양호한 연질 열연강판을 제조할 수 있었다.
그러나, Cu+10Sn≤0.4를 만족하는 화학성분의 상태로 강을 조성하기 위해서는 고가의 고철을 필요로 한다. 따라서 위 조건을 만족하지 못하는 경우(발명재 6,7)는 Cu/Ni 비를 1로 하고, 유도가열로 가열온도를 1080℃ 이하로 함으로써 표면성상이 우수한 강을 확보할 수 있었다.
반면 질소량이 높고, 산가용 알루미늄이 낮은 비교재 1은 인장강도가 고로재(35kgf/㎟, EI:40%)에 비하여 경하고, 연신율이 낮지만, 표면성상은 양호하며, Cu+10Sn=0.7인 비교재2는 Ni량이 미량 존재하여 표면성상이 불량하고, 재질 특성이 낮음을 알 수 있다.
유도가열로(Inductive Heater) 가열온도와 코일박스 유지온도가 높은 비교재3의 경우 저융점 농화층의 용해에 의한 크랙유발로 표면성상이 저하되었음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 강 성분의 적절한 조합 및 연속압연공정조건의 적절한 제어에 의하여 표면성상과 가공성이 우수한 열연강판을 제조할 수 있으며, 기존 고로밀에 비하여 고철을 사용하는 미니밀은 표면크랙 발생 문제와 재질이 경하여 가공성을 저해하는 문제점이 잔존하였으나, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하여 미니밀 열연강판의 안정적인 제조와 제품의 표면품질 특성을 향상시킬 수 있는 것이다.
Claims (2)
- 중량 %로, C :0.03∼0.06%, Mn :0.25%∼0.40%, Si :0.025% 이하, P: 0.01% 이하, S :0.008% 이하, Cr :0.1% 이하, Ni :0.3% 이하, Cu :0.4% 이하, Sn :0.001∼0.04%, Pb :0.001∼0.012%, 산가용(Soluble) Al :0.03∼0.10%, N :150ppm 이하, Ca :0.0002∼0.008%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되고, Mn/S≥30을 만족하는 표면성상 및 가공성이 우수한 연질 열연강판.
- 중량%로, C :0.03∼0.06%, Mn :0.25%∼0.40%, Si :0.025% 이하,P :0.01% 이하, S :0.008% 이하, Cr :0.1% 이하, Ni :0.3% 이하, Cu :0.4% 이하, Sn :0.001∼0.04%, Pb :0.001∼0.012%, 산가용(Soluble) Al :0.03∼0.10%, N:150ppm 이하, Ca :0.0002∼0.008%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성되고, Mn/S≥30을 만족하며 전기로 용해후 연속으로 주조된 슬라브를, 950℃ 이하에서 중간압연후, 유도가열로에서 1050℃이하로 가열하며, 이어서 1050℃ 이하로 유지되는 코일박스를 통과하여 이송되어, 마무리 압연을 실시후 640℃이상의 온도에서 권취하여 이루어지는 표면성상과 가공성이 우수한 연질 열연강판의 제조방법.
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