KR101412244B1 - 열연강판 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

성형성이 우수한 인장강도 440MPa급 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C): 0.14~0.18%, 실리콘(Si) : 0.1% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0.0035% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하고, 상기 냉각은 650℃까지 제1냉각속도로 실시되고, 650℃ 이하에서는 상기 제1냉각속도보다 빠른 제2냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 한다.

Description

열연강판 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING HOT-ROLLED STEEL}
본 발명은 열연강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성형성이 우수한 440MPa 이상의 고강도를 가지면서도 성형성 및 가공성이 우수한 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 엔진의 토크를 미션에 전달해 주는 토크컨버터 부품에 있어서, 임펠러 쉘(impellar shell)과 같이 고성형성 부품을 제조하기 위해서는 그 소재가 되는 강판의 기계적 성질이 우수하여야 한다.
이러한 기계적 성질로는 인장강도, 항복강도, 총 연신율 및 균일 연신율, 가공경화지수 등이 있다. 통상 강판의 경우, 강도가 높은 경우, 연신율 확보가 어렵고, 특히 균일 연신율이 낮은 문제점이 있다.
본 발명과 관련된 배경 기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0046653호(2011.05.06. 공개)에 개시된 표면 특성이 우수한 고강도 고성형 강판 및 그 제조방법이 있다.
본 발명의 목적은 성분 및 공정 제어를 통하여 440MPa급의 인장강도를 가지면서도 연신율, 특히 균일 연신율이 우수한 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법은
중량%로, 탄소(C): 0.14~0.18%, 실리콘(Si) : O% 초과 내지 0.1% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0%, 인(P) : O% 초과 내지 0.02% 이하, 황(S) : O% 초과 내지 0.005% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : O% 초과 내지 0.0035% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하고, 상기 냉각은 650℃까지 제1냉각속도로 실시되고, 650℃ 이하에서는 상기 제1냉각속도보다 빠른 제2냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 슬라브 재가열은 슬라브 재가열 온도 1170~1250℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열간압연은 마무리 압연온도 840~900℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각은 590~650℃까지 실시되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 냉각은 650℃까지는 50℃/sec 미만의 냉각속도로 실시되고, 권취온도까지는 50~80℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열연강판은 중량%로, 탄소(C): 0.14~0.18%, 실리콘(Si) : O% 초과 내지 0.1% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0%, 인(P) : O% 초과 내지 0.02% 이하, 황(S) : O% 초과 내지 0.005% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : O% 초과 내지 0.0035% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도(TS) 440~480MPa, 총 연신율(T-El) 35~40% 및 균일 연신율(U-El) 18~20%를 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 강판은 항복비(YS/TS) 0.7 이하 및 가공경화지수(n) 0.17~0.20을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 탄소(C), 망간(Mn) 등의 첨가를 통하여 강도를 확보하고, 질소 함유량을 낮게 제어함으로써 저항복비를 만족시키며, 인과 황의 함량을 낮게 제어함으로써 고연신율을 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조된 열연강판은 440MPa급의 강도와 고성형성을 요구하는 부품의 소재로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 열연시편의 두께 방향 미세조직사진을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
열연강판
본 발명에 따른 열연강판은 중량%로, 탄소(C): 0.14~0.18%, 실리콘(Si) : O% 초과 내지 0.1% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0%, 인(P) : O% 초과 내지 0.02% 이하, 황(S) : O% 초과 내지 0.005% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : O% 초과 내지 0.0035% 이하를 포함한다.
상기 합금성분들 이외의 나머지는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강의 강도 증가에 기여하는 원소이다.
상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.14~0.18중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소 함량이 0.14중량% 미만인 경우, 원하는 강도를 확보하기 어렵다. 반대로, 탄소 함량이 0.18중량%를 초과하면 성형성이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 탈산제로서 작용하나, 과다 첨가시 용접성 저하 및 표면 품질을 저하시킬 수 있다.
이에, 본 발명에서는 실리콘의 첨가량을 강판 전체 중량의 O중량% 초과 내지 0.1중량% 이하로 제한하였다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간의 첨가는 탄소의 첨가보다도 강도 상승에 대한 연성의 저하가 적다.
상기 망간은 강판 전체 중량의 0.5~1.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간이 함량이 0.5중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 함량이 1.0중량%를 초과할 경우, MnS계 비금속개재물의 양이 증가하여 용접시 크랙 발생 등의 결함이 발생하기 쉬운 문제점이 있다.
인(P)
인(P)은 강판 제조시 편석 가능성이 큰 원소로서, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 미친다.
이에, 본 발명에서는 인의 함량을 강판 전체 중량의 O중량% 초과 내지 0.02중량% 이하로 제한하였다.
황(S)
황(S)은 망간과 결합하여 MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하여 결함을 유발하고, 연신율을 저하시킨다.
이에 본 발명에서는 황의 함량을 강판 전체 중량의 O중량% 초과 내지 0.005중량% 이하로 제한하였다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 실리콘과 함께 탈산제로 작용하며, 또한 연신율을 향상시키는 역할을 한다.
상기 알루미늄은 강판 전체 중량의 0.01~0.06중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄의 첨가량이 0.06중량%를 초과하는 경우, 슬라브내 AlN을 형성하여 열연 크랙을 유발하는 문제점이 있다.
질소(N)
질소(N)는 불가피한 불순물로서, 다량 함유시 알루미늄과 같은 질소 화합물 형성 원소의 첨가에도 불구하고, 고용 질소가 증가하여 강판의 항복비를 높이며, 연신율을 저하시켜 성형성을 떨어뜨린다. 이에, 본 발명에서는 질소의 함량을 강판 전체 중량의 O중량% 초과 내지 0.0035중량% 이하로 제한하였다.
본 발명에 따른 열연강판은 상술한 합금성분 및 후술하는 공정조건 제어를 통하여 인장강도(TS) 440~480MPa 및 총 연신율(T-El) 35~40%를 가질 수 있으며, 균일 연신율(U-El) 18~20%를 나타낼 수 있어, 성형시 국부 크랙 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 열연강판은 항복비(YS/TS) 0.7 이하 및 가공경화지수(n) 0.17~0.20을 나타낼 수 있다.
열연강판 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열연강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명에 따른 열연강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120) 및 냉각/권취 단계(S130)를 포함한다.
슬라브 재가열
슬라브 재가열 단계(S110)에서는 중량%로, 탄소(C): 0.14~0.18%, 실리콘(Si) : O% 초과 내지 0.1% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0%, 인(P) : O% 초과 내지 0.02% 이하, 황(S) : O% 초과 내지 0.005% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : O% 초과 내지 0.0035% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열한다.
슬라브 재가열에 의하여 주조시 편석된 성분이 재고용될 수 있다.
이때, 슬라브 재가열은 슬라브 재가열 온도(SRT) 1170~1250℃ 조건으로 대략 3시간동안 실시하는 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도가 1170℃ 미만인 경우, 편석된 성분의 재고용이 불충분해질 수 있으며, 압연 부하가 커질 수 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1250℃를 초과하면 오스테나이트 결정립이 조대화되어, 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.
열간 압연
다음으로, 열간 압연 단계(S120)에서는 재가열된 판재를 열간 압연한다.
이때, 열간압연은 마무리 압연온도(FDT) 840~900℃ 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 마무리압연온도가 900℃를 초과하면 압연 후의 오스테나이트의 결정립이 조대화되어 강도 확보가 어렵다. 반면, 마무리압연온도가 840℃ 미만인 경우, 이상역 압연에 의한 혼립 조직의 발생하는 등 문제가 발생할 수 있다.
냉각/권취
다음으로 냉각/권취 단계(S130)에서는 목표로 하는 강도 및 성형성을 확보하기 위하여 열간압연된 판재를 냉각하여 권취한다.
권취는 권취온도(CT) 590~650℃에서 실시되는 것이 바람직하다. 권취온도가 650℃를 초과하는 경우, 결정립 크기가 지나치게 조대해져서 충분한 강도를 확보하기 어렵다. 반면, 2차 냉각의 냉각종료온도가 590℃ 미만인 경우, 인장강도는 향상시킬 수 있으나, 연성이 저하되어 고성형성을 확보하기 어려는 문제점이 있다.
이때, 냉각은 650℃까지 제1냉각속도로 실시되고, 650℃ 이하에서는 제1냉각속도보다 빠른 제2냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 이는 대략 상변태 온도에 해당하는 650℃까지 저속 냉각함으로써 페라이트 결정립 사이즈를 충분히 성장시켜 성형성을 향상시키기 위함이다.
보다 구체적으로, 냉각은 650℃까지는 50℃/sec 미만의 냉각속도, 보다 바람직하게는 공냉 방식으로 실시되고, 권취온도까지 50~80℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 650℃까지의 냉각속도가 50℃/sec를 초과하는 경우, 페라이트 결정립이 충분히 성장하지 못하여, 제조되는 강판의 성형성이 저하될 수 있다. 또한, 650℃에서 권취온도까지 냉각속도가 50℃/sec 미만인 경우, 강도가 충분치 못하며, 80℃/sec를 초과하는 경우, 과도한 냉각으로 인하여 강판이 경화되어 성형성이 저하될 수 있다.
상기 슬라브 재가열 단계(S110), 열간 압연 단계(S120) 및 냉각/권취 단계(S130)에 의해 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함하는 미세조직을 갖는 열연강판을 제조할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 열연시편의 제조
표 1에 기재된 조성을 갖는 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따른 각각의 슬라브 판재를 1200℃에서 3시간동안 재가열한 후, 마무리 압연온도 870℃로 열간압연하였다. 이후, 다음과 같은 냉각 조건을 적용하여 냉각함으로써 열연시편을 제조하였다.
실시예 1~2 : 650℃까지 25℃/sec로 냉각하고, 620℃까지 50℃/sec로 냉각하였다.
실시예 3 : 650℃까지 25℃/sec로 냉각하고, 620℃까지 60℃/sec로 냉각하였다.
비교예 1~2 : 650℃까지 25℃/sec로 냉각하고, 620℃까지 50℃/sec로 냉각하였다.
비교예 3 : 620℃까지 60℃/sec로 냉각하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure 112012007957375-pat00001

2. 기계적 특성 평가
표 2는 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따라 제조된 시편 각각의 기계적 특성 평가 결과를 나타낸 것이다.
표 2를 참조하면, 실시예 1~3에 따른 시편의 경우, 인장강도(TS) 440MPa 이상, 총 연신율(T-El) : 35% 이상, 가공경화지수(n-value) : 0.17 이상, 항복비(YP/TS) 0.7 이하 및 균일연신율(U-El) 18% 이상을 모두 만족하여, 인장강도 440MPa를 가지면서 성형성이 매우 높은 것을 볼 수 있다.
[표 2]
Figure 112012007957375-pat00002
YP : 항복강도, TS : 인장강도, T-El : 총연신율,
N-Value : 가공경화지수, U-El : 균일 연신율
반면, 질소의 함량이 상대적으로 높은 비교예 1의 경우, 연신율 특성이 상대적으로 낮게 나타났다. 또한, 니오븀이 첨가된 비교예 2의 경우, 항복비(YP/TS)가 0.7을 초과하여 상대적으로 높게 나타났으며, 또한 연신율도 목표치에 도달하지 못하였다. 또한, 니오븀이 첨가되었으며, 냉각 조건이 상이한 비교예 3에 따른 시편의 경우, 인장강도는 양호하였으나, 연신율이 좋지 못하였으며, 항복비 역시 목표치에 못하였다.
도 2는 실시예 1에 따른 열연시편의 두께 방향 미세조직사진을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 실시예1에 따른 열연시편의 경우, 강판 전 두께에 걸쳐 편석대가 발생하지 않은 것을 볼 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 열연강판의 경우, 두께 방향 편석대 발생이 억제됨으로써 높은 성형성을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각/권취 단계

Claims (7)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.14~0.18%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 망간(Mn) : 0.5~1.0%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.005% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.0035% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 판재를 열간압연하는 단계; 및
    상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하고,
    상기 냉각은 650℃까지는 50℃/sec 미만의 냉각속도로 실시되고, 650℃ 이하에서 권취온도까지는 50~80℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브 재가열은
    슬라브 재가열 온도(SRT) 1170~1250℃ 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열간압연은
    마무리 압연온도(FDT) 840~900℃ 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 권취는
    권취온도(CT) 590~650℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 열연강판 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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KR20040005675A (ko) * 2002-07-10 2004-01-16 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 항복비가 낮은 강관

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KR20040005675A (ko) * 2002-07-10 2004-01-16 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 항복비가 낮은 강관

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