KR102325472B1 - 구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차용 휠, 림 및 프레임 등에 적용 가능한 구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.045~0.10%, Mn: 0.40~1.4%, Al: 0.005~0.050%, Ca: 0.0005~0.0050%, Nb: 0.003~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 내지 3을 만족하며, 면적%로, 페라이트가 93.0~98.5%이며, 퍼얼라이트는 1.5~7.0%인 미세조직을 포함하고, 상기 페라이트의 결정립의 장축/단축비가 5.0이하인 구멍확장성이 우수한 열연강판을 제공한다.
[관계식 1] 0.20 ≤ C+Mn/5+5Nb ≤ 0.40
[관계식 2] 3 ≤ Al/Ca ≤ 35
[관계식 3] 20 ≤ (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb) ≤ 100
(단, 상기 관계식 1 내지 3에서 C, Mn, Nb, Al 및 Ca의 함량 단위는 중량%임.)

Description

구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법{HOT ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT HOLE EXPANSION PROPERTY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차용 휠, 림 및 프레임 등에 적용 가능한 구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차용 열연강판은 자동차 성형품의 경량화를 위한 고강도화 경향으로 더욱 더 높은 수준의 가공성이 요구되고 있을 뿐만 아니라, 자동차 사용환경의 측면에서 우수한 용접부 피로특성이 요구되고 있고, 부품성형의 측면에서는 균일한 부품제작을 위해 우수한 치수 형상, 즉 균일한 재질편차가 요구됨이 이미 잘 알려져 있다. 강판의 가공성 및 강도를 올리기 위해서는 강 중의 불순물을 최소화시키고, C, Si, Mn, Ti, Nb, Mo, V 등을 첨가함으로써 제조하는 것이 일반적이다. 그러나, 상기 원소들은 대부분 가공경화를 촉진하고 용접성을 저하시키는 원소이므로 열간압연 직후 강판의 이방성을 심화시키고, 미세조직을 불균일하게 만들어 가공성과 용접성을 저하시키기 쉬우며, 제조 과정 중 열간압연 공정에서 압연부하가 급증하여 판형상 불량 및 판파단 등을 유발하기 쉽다.
이러한 열연강판의 종래기술들로는 다음과 같다.
특허문헌 1은 Ti와 V을 미량 첨가하여 이들 원소의 탄질화물을 석출시킴으로써 항복강도 50ksi이상인 열연강판을 제공하는 것을 특징으로 하고 있다. 특허문헌 2 및 3은 Ti와 Mo을 첨가하여 이들 원소의 석출강화를 활용한 열연강판의 제조기술에 관한 것이다. 또한, 특허문헌 4는 Ti와 Nb을 첨가하고 3단으로 나누어 냉각함에 의하여 페라이트와 베이나이트로 이루어진 열연강판을 제조하는 기술이다.
그러나, 상기 종래기술들은 모두 기존 열연밀 공정(Batch 모드)에서 제조하는 방법에 관한 것으로서 재질편차가 폭 및 길이방향으로 크게 발생하는 문제를 피하기 어려운 실정이다. 즉, 기존 열연밀 공정(Batch 모드)에서 마무리 압연 온도를 일정하게 유지하기 위해서 테일(Tail)부에 필연적으로 압연 속도를 가속화함에 따라 폭 및 길이방향의 재질편차가 크게 발생하는 문제점이 있다. 또한, 마무리압연 온도가 높아 최종제품의 결정립 사이즈가 조대하여 높은 구멍확장성을 얻기가 어려운 문제점이 있다.
따라서, 기존 열연밀(Batch 모드) 공정에서 강판을 제조시 발생되는 재질편차 문제점들을 극복할 수 있으면서도, 구멍확장성이 높은 인장강도 440MPa급 박물(0.6~2.3mmt) 열연강판 및 그 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
미국 등록특허공보 5514227호 일본 공개특허공보 2002-322541호 미국 공개특허공보 2003-0063996호 대한민국 공개특허공보 제2000-0043432호
본 발명의 일 측면은 연주~압연 직결 공정에서 연연속압연 모드를 이용하여 구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.045~0.10%, Mn: 0.40~1.4%, Al: 0.005~0.050%, Ca: 0.0005~0.0050%, Nb: 0.003~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 내지 3을 만족하며, 면적%로, 페라이트가 93.0~98.5%이며, 퍼얼라이트는 1.5~7.0%인 미세조직을 포함하고, 상기 페라이트의 결정립의 장축/단축비가 5.0이하인 구멍확장성이 우수한 열연강판을 제공한다.
[관계식 1] 0.20 ≤ C+Mn/5+5Nb ≤ 0.40
[관계식 2] 3 ≤ Al/Ca ≤ 35
[관계식 3] 20 ≤ (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb) ≤ 100
(단, 상기 관계식 1 내지 3에서 C, Mn, Nb, Al 및 Ca의 함량 단위는 중량%임.)
본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.045~0.10%, Mn: 0.40~1.4%, Al: 0.005~0.050%, Ca: 0.0005~0.0050%, Nb: 0.003~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 내지 3을 만족하는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는 단계; 상기 박 슬라브를 조압연하여 바를 얻는 단계; 상기 바를 마무리 압연 출측온도가 740~870℃가 되도록 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 1.5~6.0초간 공냉한 뒤, 20~80℃/초의 냉각속도로 560~690℃까지 냉각한 후, 권취하는 단계를 포함하며, 상기 각 단계는 연속적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법을 제공한다.
[관계식 1] 0.20 ≤ C+Mn/5+5Nb ≤ 0.40
[관계식 2] 3 ≤ Al/Ca ≤ 35
[관계식 3] 20 ≤ (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb) ≤ 100
(단, 상기 관계식 1 내지 3에서 C, Mn, Nb, Al 및 Ca의 함량 단위는 중량%임.)
본 발명의 일측면에 따르면, 합금조성과 제조조건을 적절히 제어함으로써 연주~압연 직결 공정에서 연연속압연 모드를 이용하여 구멍확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 또한, 기존 열연밀에서의 재가열 공정을 생략할 수 있어 에너지 절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 박 슬라브 연주법을 통해 전기로에서 고철 등의 스크랩을 용해한 강을 사용할 수 있어 자원의 재활용성을 높여줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 열연강판 제조에 적용 가능한 연속주조-압연 직결공정을 위한 설비의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 열연강판 제조에 적용 가능한 연속주조-압연 직결공정을 위한 설비의 또 다른 모식도이다.
도 3은 관계식 1 내지 3의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1의 개재물을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예 4의 개재물을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 9를 EBSD를 이용하여 측정한 페라이트 결정립 사이즈 분포를 나타낸 것이다.
새로운 철강 제조공정인 연주~압연직결 제조공정은 공정 특성상 등속, 등온으로 제어됨에 따라 스트립(Strip)의 폭 및 길이방향으로의 온도편차가 작아진다는 이점이 있어 재질편차가 양호한 강판을 제조할 수 있는 잠재 능력을 지닌 공정이다. 본 발명자들은 이러한 연주~압연직결 제조공정을 이용하여 재질편차가 적을 뿐만 아니라, 구멍확장성 또한 우수한 열연강판을 제공할 수 있다는 식견하에 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 먼저, 본 발명의 합금조성을 설명한다. 하기 설명되는 합금조성의 함량은 별도의 언급이 없는 한 중량%를 의미한다.
C: 0.045~0.10%
탄소(C)은 변태조직강에서 강도확보를 위해 첨가되는 중요한 원소이다. C 함량이 0.045% 미만인 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 강도 확보가 어려울 수 있다. 반면에 C 함량이 0.10% 초과인 경우에는 강도가 너무 높아 목표로 하는 구멍확장성 및 연신율을 확보하기가 어려울 수 있다. 따라서, 상기 C 함량은 0.045~0.10%인 것이 바람직하다. 상기 C 함량의 하한은 0.050%인 것이 보다 바람직하고, 0.055%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 C 함량의 상한은 0.09%인 것이 보다 바람직하고, 0.08%인 것이 보다 더 바람직하다.
Mn: 0.40~1.4%
망간(Mn)은 페라이트 형성을 억제하며, 오스테나이트 안정성을 높여 저온 변태상(퍼얼라이트 및 베이나이트 등)의 형성을 용이하게 함으로써 강도를 증가시킨다. Mn 함량이 0.40% 미만인 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 강도 확보가 어려울 수 있다. 반면에 Mn 함량이 1.4% 초과인 경우에는 박 슬라브 및 열연강판의 내부 및/또는 외부에 편석대를 형성시켜 크랙의 발생과 전파를 유발해 강판의 최종품질을 저하시키고, 용접성 및 구멍확장성이 열위하게 할 수 있다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 0.40~1.4%인 것이 바람직하다. 상기 Mn 함량의 하한은 0.45%인 것이 보다 바람직하고, 0.50%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Mn 함량의 상한은 1.2%인 것이 보다 바람직하고, 1.0%인 것이 보다 더 바람직하다.
Al: 0.005~0.050%
알루미늄(Al)은 제강시 탈산을 위해 첨가되는 원소이다. Al 함량이 0.005% 미만인 경우에는 탈산 효과가 없을 수 있으며, 0.050%를 초과할 경우 용강 내 산소(O)와 반응하여 고융점의 산화물(개재물)이 형성됨에 따라 노즐막힘이 발생할 수 있고, 또한, 상기 개재물의 형상이 날카로워 구멍확장성을 열위하게 할 수 있다. 따라서, 상기 Al의 함량은 0.005~0.050%인 것이 바람직하다. 상기 Al 함량의 하한은 0.010%인 것이 보다 바람직하고, 0.015%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Al 함량의 상한은 0.045%인 것이 보다 바람직하고, 0.040%인 것이 보다 더 바람직하다.
Ca: 0.0005~0.0050%
칼슘(Ca)은 용강 내 Al, O와 반응하여 저융점인 구상의 개재물(12CaO·17Al2O3)을 형성하여 노즐막힘 방지와 개재물 분리부상을 용이하게 하는 원소이다. Ca 함량이 0.0005% 미만인 경우 상기 효과를 확보하기 어렵다. 반면에, Ca 함량이 0.0050% 초과인 경우에는 고융점 개재물이 형성되어 노즐막힘을 조장함에 따라 주조중단이 발생할 수 있고, 대형 개재물(>50㎛)이 형성되어 구멍확장성을 열위하게 할 수 있다. 따라서, 상기 Ca의 함량은 0.0005~0.0050%인 것이 바람직하다. 상기 Ca 함량의 하한은 0.0010%인 것이 보다 바람직하고, 0.0015%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Ca 함량의 상한은 0.0045%인 것이 보다 바람직하고, 0.0040%인 것이 보다 더 바람직하다.
Nb: 0.003~0.05%
니오븀(Nb)은 NbC, NbCN 등의 석출물 형성원소로서 석출강화 및 결정립 미세화로 강도를 향상시키는 원소이다. Nb 함량이 0.003% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 Nb 함량이 0.05% 초과인 경우에는 NbC, NbCN 등의 석출물이 과다 형성하여 고온연성 저하로 인해 슬라브 및/또는 바(Bar)의 에지부 품질이 열위해질 수 있다. 따라서, Nb 함량은 0.003~0.05%인 것이 바람직하다. 상기 Nb 함량의 하한은 0.006%인 것이 보다 바람직하고, 0.01%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Nb 함량의 상한은 0.04%인 것이 보다 바람직하며, 0.03%인 것이 보다 더 바람직하다.
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 열연강판은 전술한 합금성분 중 C, Mn, Nb, Al 및 Ca가 하기 관계식 1 내지 3을 각각 만족하는 것이 바람직하며, 이를 통해, 본 발명이 목표로 하는 구멍확장성이 우수한 열연강판을 제조할 수 있다. 단, 하기 관계식 1 내지 3에 기재된 C, Mn, Nb, Al 및 Ca의 함량 단위는 중량%이다.
[관계식 1] 0.20 ≤ C+Mn/5+5Nb ≤ 0.40
상기 관계식 1은 본 발명이 얻고자 하는 강도를 확보하기 위한 성분관계식이다. 상기 C+Mn/5+5Nb의 값이 0.20 미만인 경우에는 본 발명이 목표로 하는 강도를 확보하기 곤란하고, 0.40을 초과할 경우에는 연신율이 낮아져 가공 시 크랙이 발생 할 수 있다. 따라서, 상기 C+Mn/5+5Nb의 값은 0.20~0.40의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 C+Mn/5+5Nb의 값의 하한은 0.22인 것이 보다 바람직하고, 0.24인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 C+Mn/5+5Nb의 값의 상한은 0.39인 것이 보다 바람직하고, 0.37인 것이 보다 더 바람직하다.
[관계식 2] 3 ≤ Al/Ca ≤ 35
상기 관계식 2는 개재물 제어를 통한 높은 구멍확장성 확보 및 노즐 막힘에 의한 주조 중단이 발생하지 않도록 하기 위한 성분관계식이다. 상기 관계식 (2)에서 Al/Ca의 값이 3 미만인 경우에는 용강 내에 CaO, 3CaOAl2O3 등과 같은 Ca 함량이 높은 고융점 개재물이 형성되어 노즐막힘이 발생할 위험성이 높다. 반면, 상기 Al/Ca의 값이 35를 초과하는 경우에는 용강 내에 CaOAl2O3, CaO2Al2O3, CaO6Al2O3, Al2O3 등과 같은 Al 함량이 높은 고융점 개재물이 형성되는데 이러한 개재물은 구형화되지 않아 부상분리가 불리하여 노즐 막힘에 의한 주조 중단이 발생할 수 있고, 구멍확장성 또한 열위하게 할 수 있다. 따라서, 구멍확정성이 높은 박물 열연재를 안정적으로 고속주조하기 위해서는 상기 Al/Ca의 값이 3~35의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 Al/Ca의 값의 하한은 4인 것이 보다 바람직하고, 5인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Al/Ca의 값의 상한은 30인 것이 보다 바람직하고, 25인 것이 보다 더 바람직하다.
[관계식 3] 20 ≤ (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb) ≤ 100
상기 관계식 3은 본 발명이 목표로 하는 강도, 높은 구멍확장성 및 안정적인 고속주조성을 확보하기 위한 성분관계식이다. 상기 (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb)의 값이 20미만인 경우는 목표로 하는 연신율 및 구멍확장성의 확보가 어렵고, 용강 내에 CaO, 3CaOAl2O3 등과 같은 Ca 함량이 높은 고융점 개재물이 형성되어 노즐막힘이 발생할 위험성이 높다. 반면, 상기 (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb)의 값이 100을 초과하는 경우에는 용강 내에 CaOAl2O3, CaO2Al2O3, CaO6Al2O3, Al2O3 등과 같은 Al 함량이 높은 고융점 개재물이 형성되는데 이러한 개재물은 구형화되지 않아 부상분리가 불리하여 노즐 막힘에 의한 주조 중단이 발생할 수 있고, 구멍확장성 또한 열위하게 할 수 있다. 따라서, 목표로 하는 연신율 및 구멍확정성이 우수한 박물 열연재를 안정적으로 고속주조하기 위해서는 상기 (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb)의 값이 20~100의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb)의 값의 하한은 22인 것이 보다 바람직하고, 25인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb)의 값의 상한은 90인 것이 보다 바람직하고, 80인 것이 보다 더 바람직하다.
한편, 본 발명의 열연강판은 트램프 원소로서 Si, P, S, N, Mg, Sn, Sb, Zn 및 Pb로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 그 합계가 0.1중량%이하의 범위로 포함할 수 있다. 상기 트램프 원소는 제강공정에서 원료로 사용하는 합금철 또는 스크랩이나, 래들(Ladle) 및 턴디쉬(Tundish) 내화물 등에서 비롯된 불순물 원소로서, 그 합계가 0.1중량%를 초과하는 경우에는 박 슬라브의 표면에 크랙을 발생시켜 열연강판의 표면 품질을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 열연강판은 면적%로, 페라이트가 93.0~98.5%이며, 퍼얼라이트가 1.5~7.0%인 미세조직을 가질 수 있다. 또한, 상기 미세조직은 5%이하의 베이나이트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 페라이트의 분율이 93.0%미만인 경우 상대적으로 퍼얼라이트 또는 베이나이트의 분율이 높아져 목표로 하는 연신율 확보가 어렵고, 98.5%를 초과할 경우 목표로 하는 강도 확보가 어려울 수 있다. 또한 상기 퍼얼라이트의 분율이 1.5%미만인 경우에는 상대적으로 강도가 낮은 페라이트 분율이 높아 목표로 하는 강도 확보가 어렵고, 7.0%를 초과할 경우 목표로 하는 연신율 확보가 어려울 수 있다. 상기 베이나이트가 5%를 초과할 경우에는 강도가 높아져 목표로 하는 연신율 확보가 어려울 수 있다.
상기 페라이트의 결정립의 장축/단축비가 5.0이하인 것이 바람직하다. 결정립의 장축/단축비는 결정립의 등방성 정도를 보는 것으로 등방성에 가까울수록 높은 구멍확장성 확보 측면에서 유리하기 때문이다. 따라서, 높은 구멍확장성을 확보하기 위해서는 상기 페라이트의 결정립의 장축/단축비가 5.0이하인 것이 바람직하고, 4.5이하인 것이 보다 바람직하며, 4.0이하인 것이 보다 더 바람직하다.
본 발명 열연강판의 미세조직에서 페라이트는 그 분율이 93.0% 이상인 주요 조직이기 때문에 상기 페라이트의 결정립 크기가 강도에 영향을 미칠 수 있다. 상기 페라이트 평균 결정립 크기가 작으면 작을수록 강도 및 구멍확장성 확보 면에 있어 유리하다. 다만, 상기 페라이트 평균 결정립 크기를 1.0㎛ 미만으로 미세화시키기 위해서는, 결정립 미세화에 효과가 있는 Nb, Ti, Mo 및 V 등의 합금철 투입이 추가적으로 필요하나 이는 제조단가의 상승을 유발하므로, 상기 페라이트 평균 결정립 크기는 1.0㎛ 이상인 것이 바람직하다. 반면, 상기 페라이트의 결정립 크기가 8.0㎛를 초과할 경우 강도 확보가 어렵고, 구멍확장성도 상당히 열위해질 수 있다. 따라서, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 1.0~8.0㎛인 것이 바람직하다. 상기 페라이트의 평균 결정립 크기의 하한은 1.5㎛인 것이 보다 바람직하고, 2.0㎛인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 페라이트의 평균 결정립 크기의 상한은 7.5㎛인 것이 보다 바람직하고, 7.0㎛인 것이 보다 더 바람직하다.
한편, 미세한 페라이트 결정립이 많을수록 높은 구멍확장성 확보에 유리하기 때문에 상기 페라이트는 결정립 크기가 1~5㎛인 결정립의 분율이 25면적% 이상인 것이 바람직하며, 27.5면적%이상인 것이 보다 바람직하며, 30면적%이상인 것이 보다 더 바람직하다.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 열연강판은 바람직하게는 350MPa 이상, 보다 바람직하게는 360MPa 이상, 보다 더 바람직하게는 370MPa 이상의 항복강도를 가질 수 있다. 또한, 바람직하게는 440MPa 이상, 보다 바람직하게는 450MPa 이상, 보다 더 바람직하게는 460MPa 이상의 인장강도를 가질 수 있다. 또한, 바람직하게는 26% 이상, 보다 바람직하게는 27% 이상, 보다 더 바람직하게는 28% 이상의 연신율을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 열연강판은 135~185Hv의 경도를 가질 수 있다. 상기 경도의 하한은 140Hv인 것이 보다 바람직하고, 145Hv인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 경도의 상한은 185Hv인 것이 보다 바람직하고, 180Hv인 것이 보다 더 바람직하다. 또한, 본 발명의 열연강판은 90% 이상의 구멍확장율(hole expansion ratio, HER)을 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는 95% 이상, 보다 더 바람직하게는 100%의 구멍확장율을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 열연강판은 3점 굽힘 최대각도가 120°이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 125°이상, 보다 더 바람직하게는 130°이상일 수 있다. 한편, 3점 굽힘 최대 각도란, 임의의 간격을 갖는 홀이 형성된 다이 위에 소재를 올린 뒤, 상기 소재를 끝이 V 형태를 갖는 금형으로 눌러, 상기 소재에 크랙이 발생할 때까지의 상기 소재의 굽힘 각도를 의미한다.
본 발명의 열연강판은 0.6~2.3mm의 두께를 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.7~2.2mm일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 0.9~2.0mm일 수 있다.
이하, 본 발명의 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 열연강판 제조에 적용 가능한 연속주조-압연 직결공정을 위한 설비의 모식도이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 표면품질이 우수하고, 재질편차가 적은 열연강판은 도 1과 같은 연속주조-압연 직결 설비를 적용하여 생산될 수 있다. 연속주조-압연 직결 설비는 크게 연속주조기(100), 조압연기(400), 마무리 압연기(600)로 구성된다. 상기 연속주조-압연 직결 설비는 제1두께를 갖는 박 슬라브(Slab)(a)를 생산하는 고속 연속주조기(100)와, 상기 박 슬라브를 상기 제1두께보다 얇은 제2두께를 갖는 바(Bar)(b)로 압연시키는 조압연기(400), 상기 제2두께를 갖는 바를 제3두께를 갖는 스트립(c)으로 압연시키는 마무리 압연기(600), 상기 스트립을 권취하는 권취기(900)를 포함할 수 있다. 추가로, 상기 조압연기(400) 앞에 조압연 스케일 브레이커(300)(Roughing Mill Scale Breaker, 이하 'RSB'라고도 함)와 마무리 압연기(600) 앞에 마무리 압연 스케일 브레이커(500)(Finishing Mill Scale Breaker, 이하 'FSB'라고도 함)를 추가로 포함할 수 있으며, 표면 스케일 제거가 용이하여 후공정에서 열연강판을 산세시 표면품질이 우수한 PO(Pickled & Oiled)강판 및 도금강판의 생산이 가능하다. 또한, 연속주조-압연 직결공정으로 등온등속압연이 가능하여 강판 폭/길이 방향 온도 편차가 현저히 낮아 ROT[Run Out Table(700)](이하 "런아웃 테이블")에서 정밀 냉각제어가 가능하여 재질이 균일한 초고강도 열연강판의 생산이 가능하다. 이렇게 압연 및 냉각이 완료된 스트립은 고속전단기(800)에 의해 절단되고, 권취기(900)에 의해 권취되어 제품으로 생산될 수 있다. 한편, 마무리 압연 스케일 브레이커(500) 앞에는 바를 추가로 가열하는 가열기(200)가 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 열연강판 제조에 적용 가능한 연속주조-압연 직결공정을 위한 설비의 또 다른 모식도이다. 도 2에 개시된 연속주조-압연 직결 설비는 도 1에 개시된 설비와 구성이 대부분 동일하나, 조압연기(400) 및 조압연 스케일 브레이커(300) 앞에 슬라브를 추가로 가열하는 가열기(200')가 구비되어, 슬라브 에지부 온도 확보가 용이하여 에지부 결함 발생을 낮게 되어 표면 품질 확보에 유리하다. 또한 조압연기 이전에 슬라브 1매 이상의 길이만큼의 공간을 확보하고 있어, 배치(Batch)식 압연도 가능하다.
우선, 전술한 합금조성을 갖는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는다. 상기 연속주조시, 평균 주조속도는 4.5~7.5mpm(m/min)일 수 있다. 주조속도를 4.5mpm 이상으로 하는 이유는 고속주조와 압연과정이 연결되어 이루어져, 목표 압연 온도를 확보하기 위해서는 일정 수준 이상의 주조 속도가 요구되기 때문이다. 다만, 주조속도가 느릴 경우 주편에서부터 편석이 발생할 위험이 있으며, 이러한 편석이 발생하면 강도 및 굽힘 특성 확보가 어려울 뿐만 아니라, 폭 방향 또는 길이 방향으로의 재질편차가 발생할 위험성이 커지게 된다. 만약 7.5mpm을 초과하는 경우에는 용강 탕면 불안정에 의해 조업 성공율이 저감될 수 있으므로, 상기 주조속도는 4.5~7.5mpm의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 주조속도의 하한은 5.0mpm인 것이 보다 바람직하고, 5.5mpm인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 주조속도의 상한은 7.0mpm인 것이 보다 바람직하고, 상한은 6.5mpm인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 박 슬라브는 75~120mm의 두께를 가질 수 있다. 상기 박 슬라브의 두께가 120mm를 초과하는 경우에는 고속주조가 어려울 뿐만 아니라, 조압연 시 압연 부하가 증가하게 되고, 75mm 미만인 경우에는 주편의 온도 하락이 급격하게 일어나 균일한 조직을 형성하기 어렵다. 이를 해결하기 위해서는 부가적으로 가열 설비를 설치할 수 있으나, 이는 생산 원가를 향상시키는 요인이 되므로, 가능한 배제하는 것이 바람직하다. 따라서, 박 슬라브의 두께는 75~120mm로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 박 슬라브의 두께의 하한은 80mm인 것이 보다 바람직하고, 85mm인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 박 슬라브의 두께의 상한은 115mm인 것이 보다 바람직하고, 110mm인 것이 보다 더 바람직하며, 100mm인 것이 가장 바람직하다.
이후, 상기 스케일이 제거된 박 슬라브를 조압연(Rough rolling Mill, RM)하여 바(Bar)를 얻는다. 상기 조압연 단계는 연속주조된 박 슬라브를 2~5개의 압연기로 구성된 조압연기에서 조압연함으로써 수행될 수 있다.
상기 조압연시 마지막 압연기에서의 압하율은 22~50%일 수 있다. 상기 압하율이 22% 미만인 경우 고온에서의 정적 재결정이 일어나지 않아, 최종제품에서의 결정립 사이즈가 조대하여 높은 구멍확장성을 확보하기가 어렵고, 50%를 초과할 경우에는 바의 에지부에 응력 집중이 심하여 크랙이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 조압연시 마지막 압연기에서의 압하율은 22~50%인 것이 바람직하다. 상기 조압연시 마지막 압연기에서의 압하율의 하한은 24%인 것이 보다 바람직하고, 26%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 압하율의 상한은 48%인 것이 보다 바람직하고, 46%인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 조압연시 마지막 압연기에서의 출측 온도는 960~1200℃인 것이 바람직하다. 상기 조압연시 마지막 압연기에서의 출측 온도가 960℃ 미만인 경우에는 정적 재결정이 충분히 일어나지 않을 수 있으며, 바의 에지부 온도가 낮아 NbC, NbCN 및 AlN 등의 석출물이 과량 석출되어 고온연성 저하로 인한 에지크랙이 발생할 수 있다. 상기 조압연시 마지막 압연기에서의 출측 온도가 1200℃를 초과할 경우에는 바의 표면에 다량의 스케일이 발생하여 표면품질이 열위해질 수 있다. 따라서, 상기 조압연시 마지막 압연기에서의 출측 온도는 960~1200℃인 것이 바람직하다. 상기 조압연시 마지막 압연기에서의 출측 온도의 하한은 980℃인 것이 보다 바람직하고, 1000℃인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 조압연시 마지막 압연기에서의 출측 온도의 상한은 1180℃인 것이 보다 바람직하고, 1160℃인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 조압연을 통해 얻어지는 바는 10~24mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 바의 두께가 10mm미만인 경우는 표면 온도 하락에 따라 마무리 압연시 압연부하 증가로 판파단이 발생할 수 있으며, 만약 24mm를 초과할 경우 2.3mm이하의 박물 열연강판 제조가 어려울 수 있다. 따라서, 상기 바의 두께는 10~24mm로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 바의 두께의 하한은 12mm인 것이 보다 바람직하고, 14mm인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 바의 두께의 상한은 22mm인 것이 보다 바람직하고, 20mm인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 바를 마무리 압연 출측온도가 740~870℃가 되도록 마무리 압연(Finish하여 열연강판을 얻는 단계;
이후, 상기 바를 마무리 압연 rolling Mill, FM)하여 열연강판을 얻는다. 상기 마무리 압연은 예를 들어 3~6개의 스탠드로 이루어진 마무리 압연기에서 행할 수 있다. 상기 마무리 압연시, 상기 바를 마무리 압연 출측온도가 740~870℃가 되도록 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연 출측온도가 740℃미만인 경우에는 마무리 압연시 오스테나이트 분율이 낮아 얻고자 하는 퍼얼라이트 조직을 충분이 얻지 못해 목표로 하는 강도를 확보하기 어렵다. 만약 마무리 압연 출측온도가 870℃를 초과할 경우 결정립이 조대해져 높은 강도를 얻지 못할 수 있고, 굽힘특성도 열위해질 수 있다. 따라서, 상기 마무리 압연시 출측온도는 740~870℃가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연 출측온도의 하한은 750℃인 것이 보다 바람직하고, 760℃인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 마무리 압연 출측온도의 상한은 860℃인 것이 보다 바람직하며, 850℃인 것이 보다 더 바람직하다.
한편, 상기 바를 마무리 압연함에 있어 압하율과 온도는 동적 재결정에 영향을 미쳐 최종제품의 결정립 크기에 영향을 미치기 때문에 마무리 압연시 압하율과 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 3~6개의 스탠드로 이루어진 마무리 압연기로 마무리 압연시, 중간 압연기에서의 압하율은 16~44%인 것이 바람직하다. 상기 중간 압연기에서의 압하율을 제어하는 이유는, 바가 상변태온도(Ar3) 직상의 온도에서 변형을 받을 때 페라이트 상변태를 더욱 촉진하여 보다 미세한 페라이트 결정립을 형성할 수 있기 때문이다. 상기 마무리 압연시 중간 압연기에서의 압하율이 16%미만인 경우에는 변형량이 작아 동적 재결정이 잘 일어나지 않을 수 있으며, 44%를 초과할 경우에는 압연부하 증가로 인해 통판성이 열위해져 판파단이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 마무리 압연시 중간 압연기에서의 압하율은 16~44%인 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연시 중간 압연기에서의 압하율의 하한은 18%인 것이 보다 바람직하고, 20%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 마무리 압연시 중간 압연기에서의 압하율의 상한은 42%인 것이 보다 바람직하며, 40%인 것이 보다 더 바람직하다. 한편, 본 발명에서 언급하는 중간 압연기란 3~6개의 스탠드로 이루어진 마무리 압연기에서 첫번째 압연기와 마지막 압연기를 제외한 상기 첫번째 압연기와 마지막 압연기 사이에 위치하는 압연기들을 의미하며, 보다 바람직하게는 압연시 바가 Ar3 직상에 가장 가까운 온도에서 압연되는 압연기를 의미한다. 한편, 상기 압연시 바의 온도는 온도측정센서 등을 통해 측정될 수 있으므로, 통상의 기술자라면 중간 온도기를 어렵지 않게 지정할 수 있다.
상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 압하율은 6~26%인 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 압하율이 6%미만인 경우 변형량이 작아 동적 재결정 효과가 작고, 26%를 초과할 경우 압연부하 증가로 인해 통판성이 열위해져 판파단이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 압하율은 6~26%인 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 압하율의 하한은 8%인 것이 보다 바람직하고, 10%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 압하율의 상한은 24%인 것이 보다 바람직하며, 22%인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 평균 통판속도는 150~550mpm인 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 통판속도는 주조속도와 최종 열연강판의 두께와 직결될 수 있다. 상기 마지막 압연기에서의 평균 통판속도가 550mpm 초과인 경우에는 판파단과 같은 조업 사고가 일어날 수 있으며, 등온, 등속 압연이 어려워 균일한 온도가 확보되지 않아 재질 및 두께 편차가 발생될 수 있다. 반면에, 150mpm 미만인 경우에는 압연 속도가 너무 느려 물질 밸런스(Mass balance)와 열 밸런스(Heat balance)에 문제가 생겨 연연속압연을 행하기가 어려울 수 있다. 따라서, 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 평균 통판속도는 150~550mpm(m/min)인 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 평균 통판속도의 하한은 200mpm(m/min)인 것이 보다 바람직하고, 250mpm(m/min)인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 평균 통판속도의 상한은 500mpm(m/min)인 것이 보다 바람직하고, 450mpm(m/min)인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 마무리 압연시 하나의 스트립을 제조함에 있어 통판속도의 편차는 25%이하인 것이 바람직하다.
이후, 상기 열연강판을 1.5~6.0초간 공냉한 뒤, 20~80℃/초의 냉각속도로 560~690℃까지 냉각한 후, 권취한다. 마무리 압연에 의해 제조된 스트립(Strip)이 ROT(Run out Table) 냉각 직전까지의 공냉시간은 미세조직의 재결정에 필요한 시간으로 그 시간이 1.5~6.0초 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 만약 상기 공냉시간이 1.5초 미만일 경우 재결정에 필요한 시간이 충분하지 않아 등방성 조직을 얻기가 어려워 구멍확장성이 열위해질 수 있고, 공냉시간이 6.0초를 초과할 경우 오스테나이트 분율이 감소하여 강도에 영향을 미치는 퍼얼라이트 분율이 낮아져 목표로 하는 강도를 얻지 못할 수 있다. 따라서, 상기 공냉시간은 1.5~6.0초인 것이 바람직하다. 상기 공냉시간의 하한은 2.0초인 것이 보다 바람직하고, 2.5초인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 공냉시간의 상한은 5.5초인 것이 보다 바람직하고, 5.0초인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 냉각속도가 20℃/초 미만인 경우에는 냉각속도가 너무 느려 목표로 하는 퍼얼라이트 분율을 만족하지 못하여 강도가 낮을 수 있고, 냉각속도가 80℃/초를 초과할 경우 베이나이트 및 퍼얼라이트의 분율이 증가하여 목표로 하는 연신율 확보에 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 상기 냉각속도는 20~80℃/초인 것이 바람직하다. 상기 냉각속도의 하한은 25℃/초인 것이 보다 바람직하고, 30℃/초인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 냉각속도의 상한은 75℃/초인 것이 보다 바람직하고, 70℃/초인 것이 보다 더 바람직하다.
상기 권취온도가 560℃미만인 경우에는 퍼얼라이트 및 베이나이트 변태가 과다하게 촉진되어 목표로 하는 연신율을 확보하기가 어려울 수 있으며, 690℃를 초과하는 경우에는 스케일이 과다하게 생성되어 산세 후 표면품질이 열위해질 수 있고, 결정립이 조대해져 구멍확장성이 열위해질 수 있다. 따라서, 상기 권취온도는 560~690℃인 것이 바람직하다. 상기 권취온도의 하한은 570℃인 것이 보다 바람직하고, 580℃인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 권취온도의 상한은 680℃인 것이 보다 바람직하고, 670℃인 것이 보다 더 바람직하다.
한편, 상기 권취하는 단계 후에는 권취된 열연강판을 산세 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 상기 산체 처리하는 단계 후에는 산체 처리된 열연강판을 도금하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 산세 및 도금 처리를 통해 PO(Pickled & Oiled)재 및 도금재를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 박 슬라브 및 바 스케일 제거 단계에서 스케일을 충분히 제거할 수 있으므로, 일반적인 산세 처리 및 도금처리로도 표면품질이 우수한 PO재 및 도금재를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서는 열연산세공정 및 도금공정에서 일반적으로 사용되는 방법이라면 모두 적용 가능하므로 산세 처리 및 도금 방법에 대하여 특별히 제한하지 않는다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예 1)
하기 표 1의 합금조성을 갖는 용강을 준비한 뒤, 연주-압연 직결 공정을 적용하여 하기 표 2 및 3에 기재된 제조조건으로 1.6mm 두께의 열연강판을 제조하였다. 이 열연강판을 산세 처리하여 PO재를 얻은 뒤, 미세조직 및 기계적 물성을 측정한 후, 그 결과를 하기 표 4 및 5에 나타내었다.
미세조직(페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트 분율, 페라이트 결정립 크기, 페라이트 장축/단축비)은 광학현미경을 이용하여 시편 두께 1/4t지점에 500배의 배율로 5곳을 임의로 촬영한 후, Image-Plus Pro 소프트웨어를 이용하여 측정한 다음 평균값으로 기재하였다.
인장특성(항복강도(YS), 인장강도(TS) 및 연신율(EL))은 압연방향(L방향)으로 시편을 채취한 후 JIS 5호 규격의 인장시편으로 가공하여 측정한 다음 평균값으로 기재하였다. 시편 채취는 스트립의 폭 방향으로 7곳을 일정한 간격으로 샘플링하였다.
구멍확장율(HER, Hole Expansion Ratio)은 시편에 10.8mm의 직경을 갖는 구멍을 타발한 후 상기 구멍 사이로 콘을 밀어 올려 상기 구멍의 원주 부분에 크랙이 발생하기 직전까지 확장된 구멍의 직경을 최초 직경(10.8mm)의 백분율로 계산한 평균값으로 기재하였다. 시편 채취는 스트립의 폭 방향으로 5곳을 일정한 간격으로 샘플링하였다.
경도는 비커스 경도기를 이용하여 500gf의 하중으로 1/4t(t=두께)에 적용하여 5회 측정한 후 평균값으로 기재하였다.
3점 굽힘 최대각도는 VDA(Verband Der Automobilindustrie)의 규격에 의거하여 각 시편당 3회 측정 후 평균값으로 기재하였다.
강종No. 합금조성(중량%)
C Mn Al Ca Nb 식 1 식 2 식 3
발명강1 0.061 0.82 0.031 0.0025 0.015 0.30 12.4 41.3
발명강2 0.06 0.79 0.035 0.002 0.016 0.30 17.5 58.7
발명강3 0.07 0.80 0.035 0.002 0.014 0.30 17.5 58.3
발명강4 0.074 0.87 0.025 0.0025 0.018 0.34 10.0 29.6
발명강5 0.06 0.89 0.031 0.0029 0.015 0.31 10.7 34.2
발명강6 0.059 0.81 0.031 0.0029 0.014 0.29 10.7 36.7
발명강7 0.06 0.82 0.031 0.0021 0.015 0.30 14.8 49.4
발명강8 0.06 0.82 0.034 0.0028 0.015 0.30 12.1 40.6
비교강1 0.035 0.45 0.033 0.0029 0.013 0.19 11.4 59.9
비교강2 0.045 0.1 0.025 0.0025 0.018 0.16 10.0 64.5
비교강3 0.05 0.5 0.031 0.0028 0.001 0.16 11.1 71.4
비교강4 0.071 1.0 0.085 0.0011 0.015 0.35 77.3 223.3
비교강5 0.078 1.15 0.065 0.0015 0.016 0.39 43.3 111.7
비교강6 0.081 0.95 0.032 0.0004 0.017 0.36 80.0 224.7
[식 1] C+Mn/5+5Nb
[식 2] Al/Ca
[식 3] (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb)
구분 강종No. 박 슬라브
두께
(mm)		 주조속도
(mpm)		 조압연 바 두께
(mm)
마지막 압연기 압하율(%) 마지막 압연기 출측 온도(℃)
발명예1 발명강1 90 6.5 36 1100 16
발명예2 발명강2 90 6.5 36 1095 16
발명예3 발명강3 90 6.5 36 1090 16
발명예4 발명강4 90 6.5 36 1105 16
발명예5 발명강5 90 6.5 36 1106 16
발명예6 발명강6 90 6.5 36 1110 16
발명예7 발명강7 90 6.5 36 1101 16
발명예8 발명강8 90 6.5 36 1098 16
비교예1 비교강1 90 6.5 36 1106 16
비교예2 비교강2 90 6.5 36 1099 16
비교예3 비교강3 90 6.5 36 1105 16
비교예4 비교강4 90 6.5 36 1109 16
비교예5 비교강5 90 6.5 36 1098 16
비교예6 비교강6 90 6.5 36 1105 16
구분 강종No. 마무리 압연 열연강판
두께
(mm)		 공냉시간
(초)		 냉각속도
(℃/초)		 권취온도
(℃)
중간
압연기 압하율
(%)		 마지막 압연기 압하율
(%)		 마지막 압연기 출측온도
(℃)		 마지막 압연기 통판속도
(mpm)
발명예1 발명강1 30 21 820 349 1.6 3.6 50 607
발명예2 발명강2 30 21 825 352 1.6 3.6 50 600
발명예3 발명강3 30 21 821 358 1.6 3.6 50 605
발명예4 발명강4 30 21 819 355 1.6 3.6 50 610
발명예5 발명강5 30 21 818 353 1.6 3.6 50 607
발명예6 발명강6 30 21 827 356 1.6 3.6 50 609
발명예7 발명강7 30 21 831 358 1.6 3.6 50 608
발명예8 발명강8 30 21 835 354 1.6 3.6 50 607
비교예1 비교강1 30 21 821 362 1.6 3.6 40 638
비교예2 비교강2 30 21 829 357 1.6 3.6 40 635
비교예3 비교강3 30 21 827 356 1.6 3.6 50 609
비교예4 비교강4 30 21 819 350 1.6 3.6 50 610
비교예5 비교강5 30 21 820 351 1.6 3.6 50 620
비교예6 비교강6 30 21 819 359 1.6 3.6 50 620
구분 강종No. 노즐
막힘
여부		 미세조직(면적%) 페라이트 평균
결정립
크기
(㎛)		 결정립 크기가 1~5㎛인 페라이트 결정립의 분율(면적%) 페라이트 결정립
장축/단축비
페라이트 퍼얼라이트 베이나이트
발명예1 발명강1 × 94.9 4.6 0.5 5.3 37.2 2.5
발명예2 발명강2 × 94.0 4.8 1.2 5.5 38.5 2.6
발명예3 발명강3 × 94.5 5.1 0.4 5.7 37.1 2.7
발명예4 발명강4 × 95.1 4.9 0 5.2 37.8 2.9
발명예5 발명강5 × 94.8 5.2 0 5.3 37.9 2.4
발명예6 발명강6 × 94.7 5.3 0 5.7 36.9 2.0
발명예7 발명강7 × 95.2 4.8 0 5.5 37.9 2.1
발명예8 발명강8 × 95.3 4.7 0 5.2 39.5 2.5
비교예1 비교강1 × 98.9 1.1 0 6.8 28.3 2.8
비교예2 비교강2 × 99.1 0.9 0 7.1 26.8 3.1
비교예3 비교강3 × 97.5 2.5 0 8.5 13.7 4.1
비교예4 비교강4 ○ 94.2 5.8 0 5.6 41.2 3.
비교예5 비교강5 ○ 93.8 6.2 0 5.1 42.3 13.0
비교예6 비교강6 ○ 95.7 4.3 0 6.0 40.2 3.4
구분 강종No. 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 경도
(0.5Kgf, Hv)		 구멍확장율
(%)		 3점 굽힘
최대각도
(°)
발명예1 발명강1 393 481 29.0 161 128 135
발명예2 발명강2 391 487 29.2 164 131 135
발명예3 발명강3 390 489 29.1 167 129 137
발명예4 발명강4 389 481 28.9 162 127 138
발명예5 발명강5 399 491 29.1 167 125 139
발명예6 발명강6 391 490 29.5 159 129 140
발명예7 발명강7 390 494 29.6 161 128 141
발명예8 발명강8 391 497 29.0 159 128 143
비교예1 비교강1 345 428 35.8 131 131 142
비교예2 비교강2 314 415 36.2 129 135 145
비교예3 비교강3 325 420 36.0 141 80 130
비교예4 비교강4 410 520 27.1 175 65 118
비교예5 비교강5 412 524 26.5 178 72 125
비교예6 비교강6 391 491 28.5 167 86 127
상기 표 1 내지 5에 나타난 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금조성, 관계식 1 내지 3과 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 8은 본 발명이 목표로 하는 미세조직을 확보하고 있으며, 본 발명이 얻고자 하는 인장특성 및 구멍확장성 등의 기계적 물성을 확보하고 있음을 알 수 있다. 반면, 본 발명이 제안하는 제조건은 만족하나 합금조성 및 관계식 1 내지 3을 만족하지 않는 비교예 1 내지 6은 본 발명이 목표로 하는 미세조직을 만족하지 못하거나, 인장특성 및 구멍확장성을 만족하지 못하고 있음을 알 수 있다. 특히, 비교예 4 내지 6의 경우에는 관계식 2 및 3을 만족하지 못함에 따라 연속주조시 노즐막힘이 발생하였음을 알 수 있다.
도 3은 관계식 1 내지 3의 관계를 나타낸 그래프이며, 발명영역에 표시된 발명강은 발명예 1 내지 8을 나타낸 것이며, 비교강은 비교예 1 내지 6을 나타낸 것이다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에서 목표로 하는 인장특성 및 구멍확장성을 얻기 위해서는 본 발명의 관계식 1 내지 3을 만족해야 함을 알 수 있다.
도 4는 발명예 1의 개재물을 SEM으로 관찰한 사진이며, 도 5는 비교예 4의 개재물을 SEM으로 관찰한 사진이다. 도 4 및 5를 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 Ca 및 Al 함량과 관계식 2 및 3을 만족하는 발명예 1은 구형의 Al-Ca-O계 개재물이 형성되어 있으나, 비교예 4는 Al 함량 및 관계식 2와 3을 만족하지 못함에 따라 각형 및 불규칙적인 형태의 개재물이 형성된 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
제조조건이 기계적 물성에 미치는 영향을 검토하기 위하여, 상기 표 1에 기재된 발명강 1의 합금조성을 갖는 용강을 준비한 뒤, 연주-압연 직결 공정을 적용하여 하기 표 6 및 7에 기재된 제조조건으로 1.6mm 두께의 열연강판을 제조하였다. 이 열연강판을 산세 처리하여 PO재를 얻은 뒤, 미세조직 및 인장특성을 측정한 후, 그 결과를 하기 표 8 및 9에 나타내었다. 상기 미세조직 및 기계적 물성의 측정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 한편, 상기 발명강의 Ar3온도는 865℃였다.
구분 강종No. 박 슬라브
두께
(mm)		 주조속도
(mpm)		 조압연 바 두께
(mm)
마지막 압연기 압하율(%) 마지막 압연기 출측 온도(℃)
발명예9 발명강1 90 6.5 36 1120 16
발명예10 발명강1 90 6.5 36 1130 16
발명예11 발명강1 90 6.1 36 1060 17
발명예12 발명강1 90 6.5 38 1089 19
비교예7 발명강1 90 6.5 15 1107 22
비교예8 발명강1 90 6.5 36 950 16
비교예9 발명강1 90 6.5 38 1106 16
비교예10 발명강1 90 6.5 36 1099 12
비교예11 발명강1 90 6.5 40 1108 15
비교예12 발명강1 90 6.5 36 1099 16
비교예13 발명강1 90 6.5 36 1106 16
비교예14 발명강1 90 6.5 36 1109 16
비교예15 발명강1 90 6.5 38 1098 16
비교예16 발명강1 90 6.5 36 1109 16
비교예17 발명강1 90 6.5 36 1099 16
비교예18 발명강1 90 6.5 30 1085 18
구분 강종No. 마무리 압연 열연강판
두께
(mm)		 공냉시간
(초)		 냉각속도
(℃/초)		 권취온도
(℃)
중간
압연기 압하율
(%)		 마지막 압연기 압하율
(%)		 마지막 압연기 출측온도
(℃)		 마지막 압연기 통판속도
(mpm)
발명예9 발명강1 32 25 820 352 1.6 3.5 50 585
발명예10 발명강1 32 25 829 356 1.6 3.6 50 675
발명예11 발명강1 34 20 825 349 1.6 3.8 50 607
발명예12 발명강1 25 18 821 352 1.6 2.5 50 608
비교예7 발명강1 25 15 820 350 2.0 2.8 50 609
비교예8 발명강1 40 25 828 325 1.6 4.0 55 601
비교예9 발명강1 15 20 831 352 1.6 3.6 50 599
비교예10 발명강1 30 5 835 353 1.6 3.5 50 600
비교예11 발명강1 30 20 730 362 1.6 2.5 40 590
비교예12 발명강1 20 10 890 357 2.2 3.5 35 651
비교예13 발명강1 30 20 827 356 1.6 1.0 50 611
비교예14 발명강1 28 18 821 420 1.4 1.2 50 610
비교예15 발명강1 30 20 820 351 1.6 3.5 10 700
비교예16 발명강1 30 20 815 359 1.6 3.5 10 687
비교예17 발명강1 30 20 819 359 1.6 3.5 65 545
비교예18 발명강1 28 18 835 345 2.0 3.5 105 565
구분 강종No. 미세조직(면적%) 페라이트
평균
결정립
크기(㎛)		 결정립 크기가 1~5㎛인 페라이트 결정립의 분율
(면적%)		 페라이트 결정립
장축/단축비
페라이트 퍼얼라이트 베이나이트
발명예9 발명강1 93.5 5.4 1.1 4.3 40.8 2.7
발명예10 발명강1 97.1 2.9 0 7.2 26.5 3.2
발명예11 발명강1 95.2 4.3 0.5 5.8 37.9 2.9
발명예12 발명강1 94.9 5.1 0 5.1 38.2 2.8
비교예7 발명강1 94.4 5.6 0 6.8 30.1 5.5
비교예8 발명강1 94.7 5.3 0 6.2 32.5 5.3
비교예9 발명강1 95.1 4.9 0 6 31.1 5.8
비교예10 발명강1 93.8 6.2 0 4.8 40.1 5.2
비교예11 발명강1 94.0 4.5 1.5 5 30.9 5.3
비교예12 발명강1 98.9 1.1 0 8.5 23.1 4.8
비교예13 발명강1 95.2 4.8 0 5.8 34.9 5.8
비교예14 발명강1 95.4 4.6 0 5.9 35.2 5.5
비교예15 발명강1 99.1 0.9 0 6.2 24.5 3.2
비교예16 발명강1 98.9 1.1 0 6.1 25.5 3.1
비교예17 발명강1 87.5 7.2 5.3 4.5 41.2 2.8
비교예18 발명강1 82.9 5.6 11.5 4.3 45.5 2.7
구분 강종No. 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 구멍확장율
(%)		 3점 굽힘
최대각도
(°)
발명예9 발명강1 420 500 27.5 137 129
발명예10 발명강1 373 463 35.2 95 145
발명예11 발명강1 387 479 29.5 131 138
발명예12 발명강1 385 483 28.6 128 141
비교예7 발명강1 371 467 31.2 82 130
비교예8 발명강1 385 471 30.5 86 129
비교예9 발명강1 382 481 29.5 80 128
비교예10 발명강1 414 490 28.6 89 131
비교예11 발명강1 398 480 28.5 89 130
비교예12 발명강1 345 436 34.5 85 139
비교예13 발명강1 405 491 27 86 136
비교예14 발명강1 400 485 27.9 88 138
비교예15 발명강1 347 431 35.1 95 135
비교예16 발명강1 348 435 35.1 96 137
비교예17 발명강1 420 500 24.5 141 135
비교예18 발명강1 441 520 22.5 145 138
상기 표 6 내지 9에 나타난 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금조성, 관계식 1 내지 3과 제조조건을 모두 만족하는 발명예 9 내지 12는 본 발명이 목표로 하는 미세조직을 확보하고 있으며, 본 발명이 얻고자 하는 인장특성 및 구멍확장성 등의 기계적 물성을 확보하고 있음을 알 수 있다. 반면, 본 발명이 제안하는 합금조성 및 관계식 1 내지 3은 만족하나 제조조건을 만족하지 않는 비교예 7 내지 18은 본 발명이 목표로 하는 미세조직을 만족하지 못하거나, 인장특성 및 구멍확장성을 만족하지 못하고 있음을 알 수 있다.
도 6은 발명예 9를 EBSD를 이용하여 측정한 페라이트 결정립 사이즈 분포를 나타낸 것이다. 도 6을 통해 알 수 있듯이, 발명예 9의 경우 페라이트의 결정립 사이즈가 5~6㎛인 결정립의 분율이 가장 높은 것을 알 수 있으며, 페라이트의 결정립 사이즈가 1~5㎛인 결정립의 분율이 25%이상을 만족하는 것을 알 수 있다.
a: 슬라브 b: 바
c: 스트립
100: 연속주조기 200, 200': 가열기
300: RSB(Roughing Mill Scale Breaker, 조압연 스케일 브레이커)
400: 조압연기
500: FSB(Fishing Mill Scale Breaker, 마무리 압연 스케일 브레이커)
600: 마무리 압연기 700: 런아웃 테이블
800: 고속전단기 900: 권취기

Claims (19)

  1. 중량%로, C: 0.045~0.10%, Mn: 0.40~1.4%, Al: 0.005~0.050%, Ca: 0.0005~0.0050%, Nb: 0.003~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 관계식 1 내지 3을 만족하며,
    면적%로, 페라이트가 93.0~98.5%이며, 퍼얼라이트는 1.5~7.0%이고, 베이나이트가 5%이하인 미세조직을 포함하고,
    상기 페라이트의 결정립의 장축/단축비가 5.0이하인 구멍확장성이 우수한 열연강판.
    [관계식 1] 0.20 ≤ C+Mn/5+5Nb ≤ 0.40
    [관계식 2] 3 ≤ Al/Ca ≤ 35
    [관계식 3] 20 ≤ (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb) ≤ 100
    (단, 상기 관계식 1 내지 3에서 C, Mn, Nb, Al 및 Ca의 함량 단위는 중량%임.)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열연강판은 트램프 원소로서 Si, P, S, N, Mg, Sn, Sb, Zn 및 Pb로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 그 합계가 0.1중량%이하의 범위로 포함하는 구멍확장성이 우수한 열연강판.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 1.0~8.0㎛인 구멍확장성이 우수한 열연강판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 페라이트는 결정립 크기가 1~5㎛인 결정립의 분율이 25면적% 이상인 구멍확장성이 우수한 열연강판.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열연강판은 항복강도: 350MPa이상, 인장강도: 440MPa이상, 연신율: 26%이상, 경도: 135~185Hv, 구멍확장율: 90% 이상, 3점 굽힘 최대각도: 120°이상인 구멍확장성이 우수한 열연강판.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열연강판은 0.6~2.3mm의 두께를 갖는 구멍확장성이 우수한 열연강판.
  8. 중량%로, C: 0.045~0.10%, Mn: 0.40~1.4%, Al: 0.005~0.050%, Ca: 0.0005~0.0050%, Nb: 0.003~0.05%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 내지 3을 만족하는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는 단계;
    상기 박 슬라브를 조압연하여 바를 얻는 단계;
    상기 바를 마무리 압연 출측온도가 740~870℃가 되도록 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 1.5~6.0초간 공냉한 뒤, 20~80℃/초의 냉각속도로 560~690℃까지 냉각한 후, 권취하는 단계를 포함하며,
    상기 각 단계는 연속적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
    [관계식 1] 0.20 ≤ C+Mn/5+5Nb ≤ 0.40
    [관계식 2] 3 ≤ Al/Ca ≤ 35
    [관계식 3] 20 ≤ (Al/Ca)/(C+Mn/5+5Nb) ≤ 100
    (단, 상기 관계식 1 내지 3에서 C, Mn, Nb, Al 및 Ca의 함량 단위는 중량%임.)
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 용강은 트램프 원소로서 Si, P, S, N, Mg, Sn, Sb, Zn 및 Pb로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 그 합계가 0.1중량%이하의 범위로 포함하는 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 연속주조시, 주조속도는 4.5~7.5mpm(m/min)인 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 박 슬라브는 75~120mm의 두께를 갖는 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 조압연시 마지막 압연기에서의 압하율은 22~50%인 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 조압연시 마지막 압연기에서의 출측 온도는 960~1200℃인 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 바는 10~24mm의 두께를 갖는 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 마무리 압연시 중간 압연기에서의 압하율은 16~44%인 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  16. 청구항 8에 있어서,
    상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 압하율은 6~26%인 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  17. 청구항 8에 있어서,
    상기 마무리 압연시 마지막 압연기에서의 평균 통판속도는 150~550mpm인 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법
  18. 청구항 8에 있어서,
    상기 권취 후, 열연강판을 산세처리하는 단계를 추가로 포함하는 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 산세 처리하는 단계 후, 산세 처리된 열연강판을 도금하여 도금재를 얻는 단계를 추가로 포함하는 구멍확장성이 우수한 열연강판의 제조방법.
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