KR101063582B1

KR101063582B1 - 고장력 강판의 상자소둔 열처리 방법

Info

Publication number: KR101063582B1
Application number: KR1020090026095A
Authority: KR
Inventors: 박근웅; 문만빈; 오현운
Original assignee: 현대하이스코 주식회사
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2011-09-07
Also published as: KR20100107820A

Abstract

고충격성과 고성형성이 요구되는 자동차 멤버류 등의 용도에 적합한 고장력 강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항복강도(YS) 19~24 kgf/㎟ , 인장강도 34.7~39.8 kgf/㎟, 연신율(El) 38% 이상, 경도(HRB) 40~70 의 물성을 가지도록 상자소둔로(Batch Annealing Furnace, 이하 BAF)에서의 열처리 방법에 관하여 개시한다.

본 발명은 C: 0.1014~0.1022 중량%, Si: 0.0130~0.0136 중량%, Mn: 0.0671~0.0677 중량%, P: 0% 초과 0.0018 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0043 중량% 이하, Al: 0.0222~0.0232 중량%, N: 0% 초과 0.0016 중량%이하, O: 0% 초과 0.0020 중량%이하 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강판을 710℃±5℃ 범위의 가열유지온도와 18~22 시간의 가열 유지시간으로 상자소둔열처리 하는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 상자소둔 열처리 방법을 제공한다.

고장력 강판, 항복강도, 인장강도, 상자소둔열처리

Description

고장력 강판의 상자소둔 열처리 방법{Heat treating method for high-tensile steel sheet use in the Batch Annealing Furnace}

본 발명은 고충격성과 고성형성이 요구되는 자동차 멤버류 등의 용도에 적합한 고장력 강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항복강도(YS) 19~24 kgf/㎟, 인장강도 34.7~39.8 kgf/㎟, 연신율(El) 38% 이상, 경도(HRB) 40~70 의 물성을 가지도록 상자소둔로(Batch Annealing Furnace, 이하 BAF)에서의 열처리 방법에 관한 발명이다.

일반적으로 소둔공정은 크게 가열(Heating)과 가열유지(Soaking) 및 냉각(Cooling)의 3공정으로 구성된다.

일반적으로, 냉연 강판(Cold steel sheet)의 소둔열처리 제조공정은 강판을 연속소둔 열처리(Continuous Annealing Line, 이하 CAL)와 상자소둔(Batch Annealing Furnace, 이하 BAF라 함)으로 열처리하는 것으로 크게 나눌 수 있다.

이와 같이 냉연강판을 소둔 열처리하는 목적은 상기 냉연강판의 가공성 향상 의 목적도 있지만 가공 후 최종 제품의 기계적 특성을 만족시키기 위해서도 필수적으로 행하고 있다. 이러한 두 가지의 주요 목적에서 행해지는 BAF 소둔열처리 공정특성은 다음과 같다.

① 강판 적재 → ② 분위기 균질화(purging) → ③ 가열(heating) → ④ 가열유지(soaking) → ⑤ 냉각(cooling) → ⑥ 취출 의 과정이고 이러한 과정에서 진행되는 재질측면에서의 특성은 1단계인 회복(Recovery), 2단계인 재결정(Recrystallization), 3단계인 결정립성장(Grain growth)으로 구성된다. 본 발명에서는 위 제반 공정 중 초심가공용 강판의 기계적 특성을 만족시킬 수 있는 소둔공정상의 가열유지온도와 시간 등의 최적화 조건에 대한 소둔사이클 방안을 구하여 적정 열처리 방법을 강구한 것으로, 상기 BAF소둔 공정의 각각의 과정에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 강판을 BAF 로내부의 처리용량과 강종별 및 두께별 그리고 소둔사이클에 적합하게 적재하고 로외곽부를 차폐(shielding)한 후 상온의 분위기가스를 로(furnace) 처리공간(inner-cover)에 투입시켜 환원성 분위기를 조성하고 퍼징(purging)을 행한다. 여기서 분위기가스로는 환원성 분위기 조성을 위하여 보통 질소가스(N2) 또는 수소가스(H2)를 많이 사용하고 있다. 퍼징은 처리공간 내의 산화성 분위기를 제거하여 구상화소둔 처리 후에 발생 되기 쉬운 강판의 산화물 형성을 방지하고 탈탄방지 효과를 갖기 위해 행해지는 전처리 공정이다. 퍼징을 거친 소둔 후의 강판표면은 산화물생성 등이 거의 없으므로 미려하고 깨끗한 특성을 얻을 수 있다.

다음, 상기 강판을 로내에서 가열하기 위하여 가열장치를 가동시켜 적정 가열속도로 목표로 하는 유지온도까지 단계별로 가열한다. 이때 강판의 용도에 적합한 유지온도와 시간을 각각 설정, 유지시킨다. 이후 통상적인 냉각 사이클에 따라 가열장치를 탈취하고 냉각팬과 냉각수가 부착된 냉각장치를 장착 후 가동시켜 탈취 온도까지 냉각시키며 마지막으로 소재를 이동시켜 취출한다.

본 발명은 항복강도(YS) 19~24 kgf/㎟, 인장강도 34.7~39.8 kgf/㎟, 연신율(El) 38% 이상, 경도(HRB) 40~70 의 물성을 만족시킬 수 있는 고장력 강판의 상자소둔열처리 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 고장력 강판의 기계적 물성을 만족시킬 수 있는 상자소둔 열처리 조건을 도출하여, 요구되는 기계적 물성 범위인 항복강도(YS) 19~24 kgf/㎟, 인장강도(TS) 34.7~39.8 kgf/㎟, 연신율(El) 38% 이상, 경도(HRB) 40~70 범위를 모두 만족하는 고장력 강판을 제공하는 효과를 가져온다.

본 발명은 항복강도(YS) 19~24 kgf/㎟, 인장강도(TS) 34.7~39.8 kgf/㎟, 연신율(El) 38% 이상, 경도(HRB) 40~70 범위의 기계적 특성을 만족하는 상자소둔 열처리 조건을 제공하기 위한 것이다.

BAF 소둔공정을 통하여 생산되는 냉연강판은 특히 그 중에서도 가열유지온도와 가열유지시간에 따라 요구되는 재질특성이 상이하게 나타난다. 따라서 본 발명에서는 상자소둔열처리 공정에 있어서, 인장강도(TS) 35kg/㎟ 이상의 고장력 자동차 강판의 용도에 적합한 가열유지시간과 가열유지온도 조건에 주안점을 소정의 물성이 얻어질 수 있도록 하는 상자소둔 열처리 방법을 제공한다.

먼저, 본 발명의 강판의 재질에 관하여 살펴본다.

본 발명은 C: 0.1014~0.1022 중량%, Si: 0.0130~0.0136 중량%, Mn: 0.0671~0.0674 중량%, P: 0% 초과 0.0018 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0043 중량% 이하, Al: 0.0222~0.0232 중량%, N: 0% 초과 0.0016 중량% 이하, O: 0% 초과 0.0020 중량% 이하 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 더욱 바람직하게는 상기 성분들 및 Cr: 0.0090~0.0094 중량%, Mo: 0.0011~0.0013 중량%, Ni: 0.0066~0.0070 중량%, Co: 0.0035~0.0037 중량%, Cu: 0.0132~0.0142 중량%, Nb: 0.0008~0.0010 중량%, Ti:0.0004~0.0006 중량%, V: 0.0006~0.0008 중량%, Pb: 0.0011~0.0013 중량%, Sn:0.0011~0.0013 중량% 를 더 포함한다.

표 1은 본 발명의 성분계를 정리한 것이다.

이하 주요한 성분에 관하여 살펴본다.

[ C:0.1014~0.1022% ]

탄소(C)의 함량은 0.1014∼0.1022%로 하는 것이 바람직하다.

탄소(C)의 함량이 0.1014% 미만인 경우에는 강도확보가 불충분하고. 또한, C가 0.1022%를 초과하는 경우에는 경도 또는 강도를 증가시켜 요구되는 경도를 만족할 수 없다.

[ Si:0.0130~0.0136% ]

실리콘(Si)의 함량은 0.0130~0.0136%로 제한하는 것이 바람직하다.

실리콘의 함량이 0.0130% 미만인 경우에 제강과정에서 용강의 탈산효과가 불충분하고 강재의 내부식성을 저하시키며, 0.0136%를 초과하는 경우에는 압연후 냉각시 소입성 증가에 따른 도상 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 저온충격인성을 저하시킨다.

[ Mn:0.0671~0.0677% ]

망간(Mn)의 함량은 0.0671~0.0677%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn은 강중에서 탈산작용을 하고, 용접성, 열간가공성 및 강도를 향상시키고 또한, 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.0671%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 Mn의 함유량이 0.0677%를 초과하는 경우에는, 고용강화 효과보다는 망간편석에 의한 조직불균질로 용접열영향부 인성에 유해한 영향을 미친다.

[ P:0.0018%이하, S:0.0043%이하 ]

인(P) 및 황(S)의 함량은 각각 0.0018% 이하, 0.0043%이하로 제한하는 것이 바람직하다. P는 압연시 중심편석 및 용접시 고온균열을 조장하는 불순원소이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다.

[ Al:0.0222~0.0232% ]

알루미늄(Al)의 함량은 0.0222~0.0232%로 제한하는 것이 바람직하다.

Al은 탈산제로서 필요한 원소로서 산소와의 반응으로 Al산화물을 형성하여 Ti가 산소와 반응하는 것을 방지함으로써 Ti가 미세한 TiN석출물을 형성하는데 일조할 뿐 아니라, 강중에 미세한 AlN석출물을 형성시키는데 유효한 원소이다.

[ Cr:0.0090~0.0094% ]

크롬(Cr)은 0.0090∼0.0094%로 하는 것이 바람직하다.

Cr은 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는데, 그 함유량이 0.0090%미만에는 충분한 강도확보 효과를 얻을 수 없고 0.0094%를 초과하는 경우 인성이 저하된다.

[ Mo:0.0011~0.0013% ]

몰리브덴(Mo)은 0.0011~0.0013%로 하는 것이 바람직하다.

Mo도 소입성을 증가시키고 또한 강도를 향상시키는 원소이다.

[ Ni:0.0066~0.0070% ]

니켈(Ni)의 함량은 0.0295~0.0305%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ni은 고용강화에 의해 모재의 강도와 인성을 향상시키는 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni함유량이 0.0066%이상 함유되는 것이 바람직하지만, 0.0070%를 초과하는 경우에는 인성을 저하시키고 고온균열의 발생 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다.

[ Cu:0.0132~0.0142% ]

구리(Cu)의 함량은 0.0132~0.0142%로 제한하는 것이 바람직하다.

Cu는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인하여 강도 및 인성을 확보하기 위해서 유효한 원소이다.

다음으로, 기계적 물성을 조절하기 위한 상자소둔 열처리 공정의 과정에 대하여 상세히 설명한다.

강판을 로내부의 처리용량과 강종별 및 두께별 그리고 소둔사이클에 적합하게 적재하고 로외곽부를 차폐(shielding)한 후 대부분 상온의 분위기가스를 로(furnace) 처리공간(inner-cover)에 투입시켜 환원성 분위기를 형성시키면서 퍼징(purging)을 행한다.

여기서 분위기가스는 보통 질소가스(N2) 또는 수소가스(H2)를 많이 적용하고 있다. 퍼징은 처리공간내의 산화성 분위기를 제거하여 구상화소둔 처리 후의 강판의 산화물 형성방지와 탈탄방지 효과를 위해 행해지는 전처리공정으로서 퍼징을 거친 소둔 후의 강판표면은 미려하고 깨끗한 특성을 얻을 수 있다.

다음, 가열장치를 장착 후 가동시켜 적정 가열속도로 목표로 하는 유지온도까지 가열한 다음 상기 용도에 적합한 유지온도와 시간을 각각 설정하여 유지시킨다. 이후 가열장치를 탈취하고 냉각팬과 냉각수가 부착된 냉각장치를 장착 후 가동시켜 탈취 온도까지 냉각시키며 마지막으로 소재를 탈이동시킨다.

일반적으로 소둔공정은 크게 가열(Heating)과 유지(Soaking) 및 냉각(Cooling)의 3공정으로 처리되고 있다.

실시예

하기의 표 2의 조성을 가지는 강판을 사용하여, 상자소둔열처리 공정의 조건을 변경하면서 기계적 물성을 측정하였다.

목표 물성치는 항복강도(YS) 19~24 kgf/㎟, 인장강도(TS) 34.7~39.8 kgf/㎟, 연신율(El) 38% 이상, 경도(HRB) 40~70 범위 이다.

가열유지온도는 710℃±5℃(±5℃는 오차 범위를 고려한 보정값)로 설정하였고, 가열유지시간을 10시간, 20시간, 30시간, 40시간으로 변화시키면서 각각의 경우의 기계적 물성을 측정하였다.

도 1은 50시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프이고, 도 2는 60시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프이고, 도 3은 70시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프이고, 도 4는 80시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프이다.

도 1을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 50시간 싸이클로 이루어지며, 10시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 30시간의 냉각단계(step5~9)로 이루어진다.

먼저 가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 7시간까지 660℃로 가열하고(step2), 10시간까지 710℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.

유지단계에서 10시간 동안 710℃의 온도를 유지한 후(step4), 30시간의 냉각단계가 진행된다.

냉각단계는, 냉각시작 후 10시간까지 670℃ 로 냉각하고(step5), 14시간까지 630℃로 냉각하고(step6), 18시간까지 510℃로 냉각하고(step7), 23시간까지 350℃로 냉각하고(step8), 30시간까지 50℃로 냉각하는(step9) 방식으로 이루어진다.

도 2의 60시간 싸이클 열처리는, 가열단계와 냉각단계는 50시간 싸이클 열처리와 동일하며, 유지단계가 20시간 동안 이루어지는 차이점을 가진다.

도 3과 도 4의 70시간 싸이클 열처리와, 80시간 싸이클 열처리의 경우 유지단계가 30시간, 40시간 동안 이루어지는 점을 제외하고는 50시간 싸이클 열처리와 동일하다.

표 2의 조성을 가지는 강판을 각각 도 1 내지 도 4의 열처리 싸이클로 열처리 한 후 기계적 물성을 평가한 결과를 표 3과 도 5 내지 7에 나타내었다.

여기서 기계적 물성은 코일강판의 90도 방향에서 채취하여 사용하였다.

표 3의 결과를 살펴보면, 인장강도와 연신율, 경도의 경우 모든 열처리 공정에서 요구기준을 충족하고 있으나, 항복강도의 경우 20시간 유지의 경우에만 만족되는 것을 알 수 있다.

유지시간의 구체적인 범위를 살펴보기 위하여, 유지시간을 16~24시간 까지 2시간씩 변화를 주면서 기계적 물성에 관한 추가 평가를 수행하고, 그 결과를 표 4에 정리하였다.

표 4의 결과를 살펴보면, 가열유지시간이 18~22시간 범위에서만 모든 요구기준을 만족함을 알 수 있다.

도 1은 50시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프,

도 2는 60시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프,

도 3은 70시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프,

도 4는 80시간 싸이클 열처리 공정의 시간에 따른 온도를 나타낸 그래프,

도 5는 열처리 시간별 인장강도(TS)와 항복강도(YS)의 변화를 나타낸 그래프,

도 6은 열처리 시간별 연신율(El) 변화를 나타낸 그래프,

도 7은 열처리 시간별 경도(HRB) 변화를 나타낸 그래프임.

Claims

C: 0.1014~0.1022 중량%, Si: 0.0130~0.0136 중량%, Mn: 0.0671~0.0677 중량%, P: 0% 초과 0.0018 중량% 이하, S: 0% 초과 0.0043 중량% 이하, Al: 0.0222~0.0232 중량%, N: 0% 초과 0.0016 중량% 이하, O: 0% 초과 0.0020 중량% 이하 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강판을 710℃±5℃ 범위의 가열유지온도와 18~22 시간의 가열 유지시간으로 상자소둔열처리 하는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 상자소둔 열처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 강판은 Cr: 0.0090~0.0094 중량%, Mo: 0.0011~0.0013 중량%, Ni: 0.0066~0.0070 중량%, Co: 0.0035~0.0037 중량%, Cu: 0.0132~0.0142 중량%, Nb: 0.0008~0.0010 중량%, Ti:0.0004~0.0006 중량%, V: 0.0006~0.0008 중량%, Pb: 0.0011~0.0013 중량%, Sn:0.0011~0.0013 중량% 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 상자소둔 열처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 상자소둔열처리는 8~12 시간의 가열단계와, 18~22 시간의 유지단계와, 28~30시간의 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장력 강판의 상자소둔 열 처리 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 가열단계는 3시간까지 300℃±5℃ 로 가열하고, 7시간까지 660℃±5℃로 가열하고, 10시간까지 710℃±5℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 상자소둔 열처리 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 냉각단계는 냉각시작 후 10시간까지 670℃±5℃ 로 냉각하고, 14시간까지 630℃±5℃로 냉각하고, 18시간까지 510℃±5℃로 냉각하고, 23시간까지 350℃±5℃로 냉각하고, 30시간까지 50℃±5℃로 냉각하는 것을 특징으로 하는 상자소둔 열처리 방법.