KR20110072857A - High carbon steel sheet superior in tensile strength and toughness and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고탄소 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포장용 대강으로 사용하기 위한 강도 및 인성이 우수한 고탄소 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high carbon steel sheet and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a high carbon steel sheet excellent in strength and toughness for use as a packing steel.
고탄소 강판은 탄소(C)가 0.3 % 이상 첨가되거나 탄소(C)가 0.15% 이상 첨가되고 여기에 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 또는 보론(B)등의 합금원소가 첨가된 강판을 지칭한다. High carbon steel sheet contains 0.3% or more of carbon (C) or 0.15% or more of carbon (C), and alloy elements such as chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), or boron (B) Refers to the added steel sheet.
고탄소 강판은 급냉에 의하여 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있는 경화능이 필요하다. 이러한 고탄소 강판은 구조용이나 조관용 또는 자동차의 각종 고강도 부품 그리고 줄자나 제침이나 체인 또는 톱날 등 고강도가 요구되는 부품에 다양하게 사용되고 있다.High carbon steel sheet needs hardenability to obtain martensite structure by quenching. The high carbon steel sheet is used in various high strength parts for structural, pipe, or automobile, and parts requiring high strength, such as tape measure, needle, chain, or saw blade.
고탄소 강판은 이러한 용도에 더하여 물류산업의 발전에 따라 화물의 이송량이 증가하면서 화물 운송시 고정용으로 사용되는 포장용 대강으로도 사용되고 있다.In addition to these applications, high-carbon steel sheet is also used as a packing roughness that is used for fixing during freight transportation as the amount of freight is increased with the development of the logistics industry.
이와 같이 고탄소 강판을 포장용 대강으로 사용되면서 이에 요구되는 물성도 점차 그 요구수준이 증가하고 있다. 최근 들어 대형 중량물을 적재할 경우, 포장용 대강의 강도와 인성을 고려하여 벤딩(Banding)하는 횟수를 규정하고 있다. As the high carbon steel sheet is used as a rough package, the required physical properties are gradually increasing. Recently, in the case of loading a large heavy load, the number of bending is defined in consideration of the strength and toughness of the rough packing.
이러한 벤딩 공정상, 벤딩의 횟수가 늘어나면 포장용 대강의 재료비뿐 만 아니라 이를 고정하는데 필요한 인건비의 비중이 매우 높아지게 된다. 따라서 포장용 대강으로 사용하기 위한 고탄소 강판의 경우 그 물성이 고강도와 동시에 고인성을 갖추어야 될 필요성이 점차 증대되고 있다.In this bending process, when the number of bending is increased, not only the material cost of the rough packing but also the weight of the labor cost required for fixing it becomes very high. Therefore, in the case of a high carbon steel sheet for use as a rough package for packaging, the necessity of having high strength and high toughness at the same time is gradually increasing.
고탄소 강판을 포장용 대강에 사용할 경우 인가되는 응력방향은 다축 방향으로 작용하나 대개의 경우 길이방향(L)으로 작용하며, 견고하게 고정되게 된다. 따라서 포장용 대강은 어느 일부분에서 응력이 발생하더라도 이어진 부분에서 그 응력을 나누어 감당하게 된다. When the high carbon steel sheet is used in the packing steel, the applied stress direction acts in the multiaxial direction, but in most cases, it acts in the longitudinal direction (L) and is firmly fixed. Therefore, the rough package for packaging is to bear the stress divided in the successive part even if the stress occurs in any part.
현재 상용화된 포장용 대강은 열처리를 거치는 형태와 열처리를 하지 않는 형태가 있다. Currently commercially available packaging rough steel has a form that undergoes heat treatment and a form that does not undergo heat treatment.
일반적으로 열처리를 거치지 않는 포장용 대강의 경우, 공정비용은 절감되나 포장용 대강의 물성은 초기소재의 물성에 직접적으로 연관되므로 물성확보를 위해 고가의 재질 보증형 소재를 사용해야만 한다. In general, in the case of rough steel for packaging that does not undergo heat treatment, the process cost is reduced, but the physical properties of the rough steel for packaging are directly related to the physical properties of the initial material. Therefore, expensive material-guaranteed materials must be used to secure the physical properties.
열처리형 포장용 대강의 경우, 비열처리형 포장용 대강에 비해 생산에 필요한 단위 공정비용은 증가하나, 일반적으로 공정상 열처리와 페인팅 및 건조 공정 등이 연속라인에서 이루어지므로 각 공정을 개별적으로 거치는 형태에 비하면 오히 려 전체 생산비용은 절감된다.In the case of heat-treated packaging steel, the unit process cost required for production is increased compared to the non-heat-treated packaging steel, but in general, the heat treatment, painting, and drying processes are performed in continuous lines. Rather, the overall production cost is reduced.
그러나 열처리 라인과 페인팅라인이 하나로 연결되어 열처리 공정상 통판속도를 조절하여 열처리 시간을 확보하는데 한계를 가지고 있다. 따라서 물성확보를 위해 긴 열처리 시간을 필요로 하는 경우 열처리로의 길이를 대폭 증가시켜야만 물성을 확보할 수 있는 문제가 있다. However, the heat treatment line and the painting line are connected to one, and thus, there is a limit in securing the heat treatment time by controlling the plate speed in the heat treatment process. Therefore, when a long heat treatment time is required to secure the physical properties, there is a problem that the physical properties can be secured only by greatly increasing the length of the heat treatment furnace.
설비의 확장은 그에 따른 설비비용 및 설치비용 뿐만 아니라 설비의 유지관리비의 증가를 수반하여 전체 공정비용이 상승하게 된다. Expansion of equipment is accompanied by an increase in the cost of installation and maintenance, as well as the cost of the installation, thereby increasing the overall process cost.
또한 종래의 일반적인 열처리 방법을 적용하여 포장용 대강을 제조할 경우 얻어지는 결정 조직은 주로 베이나이트로 구성되어 포장용 강대로 사용하기 위한 강도와 인성 조건을 만족시키지 못하고 있다. 또 다른 선행기술로는 마르텐사이트와 잔류오스테나이트를 주된 상으로 하는 강판이 이 알려져 있으나 이 경우 이러한 조직을 생성시키기 위한 열처리 시간이 길어져서 현재의 생산설비로는 실제적인 적용이 어렵다는 문제가 있다. In addition, the crystal structure obtained when manufacturing a large steel for packaging by applying a conventional heat treatment method is mainly composed of bainite does not satisfy the conditions of strength and toughness for use as a packaging steel. Another prior art is a steel sheet which is mainly composed of martensite and retained austenite, but in this case, there is a problem in that it is difficult to apply practically to current production equipment due to a long heat treatment time for generating such a structure.
하부 베이나이트상을 기본 상으로 하고 마르텐사이트와 잔류오스테나이트가 복합된 미세조직을 갖고 있어서 강도와 인성이 동시에 우수하여 포장용 대강으로 사용할 수 있는 고탄소 제공하고자 한다. 또한, 전술한 고탄소 강판의 제조 방법을 제공하고자 한다.The lower bainite phase is used as the base phase and has a microstructure in which martensite and residual austenite are combined. It is also an object of the present invention to provide a method for producing a high carbon steel sheet.
본 발명의 일 실시예는, 중량%로 C : 0.20∼0.35%, Si : 1.3~2.0%, Mn : 1.0~2.0%, Cr : 0.1∼1.5%, P : 0보다 크고 0.02% 이하, S : 0보다 크고 0.02% 이하, N; 30∼120ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 전체 미세조직 중 베이나이트와 마르텐사이트를 합한 상의 분율이 40~85%이고, 잔류 오스테나이트의 분율이 3~12%이며, 나머지는 페라이트로 이루어진 포장 강대용 고탄소 강판을 제공한다. In one embodiment of the present invention, by weight% C: 0.20 to 0.35%, Si: 1.3 to 2.0%, Mn: 1.0 to 2.0%, Cr: 0.1 to 1.5%, P: greater than 0 and 0.02% or less, S: Greater than 0 and less than or equal to 0.02%, N; 30 to 120 ppm, residual Fe and other unavoidable impurities, the fraction of the combined phase of bainite and martensite in the total microstructure is 40 to 85%, the fraction of residual austenite is 3 to 12%, and the rest is ferrite Provided is a high carbon steel sheet for a packaged steel strip.
이러한 고탄소 강판에서 상기 페라이트는 다각형 페라이트(Polygonal Ferrite), 침상 페라이트(Acicular Ferrite) 및 위드만스테텐 페라이트(Widmanstatten Ferrite)를 단수 또는 복수로 포함하는 것이 바람직하다. In such a high carbon steel sheet, the ferrite may include polygonal ferrite, acicular ferrite, and widmanstatten ferrite in singular or plural.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 포장 강대용 고탄소 강판은 V, Nb, Mo, Ti, W, Al 및 Cu 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 0.05∼0.25% 로 더욱 포함할 수 있다. In addition, the high carbon steel sheet for packaging steel strip according to an embodiment of the present invention may further include 0.05 to 0.25% of one or more elements selected from the group consisting of V, Nb, Mo, Ti, W, Al and Cu.
그리고 이와 같은 고탄소 강판은 인장강도 1100 ~ 1200 MPa이고 연신율 10 ~ 13%인 것이 바람직하다. And such high carbon steel sheet is preferably tensile strength 1100 ~ 1200 MPa and elongation 10 ~ 13%.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 ⅰ) 중량%로 C : 0.20∼0.35%, Si : 1.3~2.0%, Mn : 1.0~2.0%, Cr : 0.1∼1.5%, P : 0보다 크고 0.02% 이하, S : 0보다 크고 0.02% 이하, N; 30∼120ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하는 단계; ⅱ) 상기 슬라브를 열간압연하고 소둔한 다음 냉간압연 하는 단계; ⅲ) 상기 냉간압연 단계에서 제조된 강판을 820∼1100℃의 온도범위로 가열하는 단계; ⅳ) 상기 가열된 강판을 420∼480℃의 온도범위로 유지된 열처리 욕조에서 5~8초간 유지하고, 계속해서 280∼320℃의 온도범위에서 120초 이상 유지한 다음 냉각하는 단계; 를 포함하는 포장 강대용 고탄소 강판의 제조 방법을 제공한다. Another embodiment of the present invention is i) by weight: C: 0.20 to 0.35%, Si: 1.3 to 2.0%, Mn: 1.0 to 2.0%, Cr: 0.1 to 1.5%, P: greater than 0 and less than 0.02% , S: greater than 0 and less than or equal to 0.02%, N; Preparing a slab comprising 30 to 120 ppm, balance Fe and other unavoidable impurities; Ii) hot rolling and annealing the slab and cold rolling; Iii) heating the steel sheet produced in the cold rolling step to a temperature range of 820 ~ 1100 ℃; Iii) holding the heated steel sheet in a heat treatment bath maintained at a temperature in the range of 420 to 480 ° C. for 5 to 8 seconds, and subsequently maintaining at least 120 seconds in a temperature range of 280 to 320 ° C. and then cooling the steel sheet. It provides a method for producing a high carbon steel sheet for packing steel strip comprising a.
그리고 상기 냉간압연 하는 단계에 의하여 제조된 강판은 초기조직이 구상화 시멘타이트와 페라이트가 혼합된 조직인 것이 바람직하다. 또한 삭기 강판은 V, Nb, Mo, Ti, W, Al 및 Cu 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 0.05∼0.25% 로 더욱 포함할 수 있다. And the steel sheet produced by the cold rolling step is preferably the initial structure is a structure in which spheroidized cementite and ferrite is mixed. In addition, the cutting steel sheet may further comprise 0.05 to 0.25% of one or more elements selected from the group consisting of V, Nb, Mo, Ti, W, Al and Cu.
본 발명의 일 실시예에 따른 포장 강대용 고탄소 강판의 제조방법에 의하여 제조된 강판은 전체 미세조직 중 베이나이트와 마르텐사이트를 합한 상의 분율이 40~85%이고, 잔류 오스테나이트의 분율이 3~12%이며, 나머지는 페라이트로 이루어진다. Steel sheet manufactured by the method of manufacturing a high carbon steel sheet for packaging steel strip according to an embodiment of the present invention has a fraction of 40 ~ 85% of the sum of the bainite and martensite phase of the total microstructure, the fraction of the retained austenite is 3 ~ 12%, the remainder being ferrite.
이와 같은 미세조직을 고탄소 강판은 그 인장강도가 1100 ~ 1200 MPa이고 연신율이 10 ~ 13%의 범위를 갖고 있어서 포장용 강대로 사용하기에 적합하다.Such a microstructure of high carbon steel sheet has a tensile strength of 1100 to 1200 MPa and an elongation of 10 to 13%, making it suitable for use as a packing steel.
그러나 이와 대비되는 종래의 항온변태를 이용한 제조방법에 의하여 제조된 고탄소 강판은 주요 미세조직이 베이나이트 상 위주로 구성되어 있어서 인장강도는 900MPa~1000MPa 이고 연신율은 10% 이하의 물성을 나타내고 있어서 포장용 강대도 사용하기에 바람직하지 않다. However, the high-carbon steel sheet manufactured by the conventional method using the constant temperature transformation has a major microstructure mainly composed of bainite phase, so that the tensile strength is 900MPa ~ 1000MPa and the elongation is 10% or less. Also not preferred for use.
포장용 강대로 사용이 가능 할 수 있는 또 다른 대상 강종으로는 TRIP강을 들 수 있다. 이 TRIP강은 잔류오스테나이트를 이용하는 기술로 상온에서 불안정한 잔류 오스테나이트를 응력에 의해 응력유기 마르텐사이트로 변태함으로써 강재의 연신율을 향상시키는 방법이다. 이 와 같이 제조된TRIP강은 자동차 강판에 많이 응용되고 있다. Another class of steel that may be used as a paving strip is the TRIP steel. This TRIP steel is a technique using residual austenite and is a method of improving the elongation of steel by transforming unstable residual austenite into stress-organic martensite by stress. The produced TRIP steel is widely applied to automotive steel sheets.
그러나 현재 생산되는 TRIP형 강재는 페라이트상의 분율이 높기 때문에 연신율은 매우 높지만, 강도가 충분치 못한 단점을 지니고 있다. However, currently produced TRIP type steel has a high elongation due to the high fraction of ferrite phase, but has a disadvantage of insufficient strength.
또한 열연 TRIP강재를 사용하는 경우 냉연공정에서 잔류 오스테나이트가 미리 응력유기 변태되어 버리는 문제가 있고, 냉연도금공정을 통해 만들어진 냉연 TRIP강은 매우 고가일 뿐만 아니라, 포장용 대강의 생산공정상 페인팅과 열처리 라인이 직결되어 있다.In addition, in the case of using the hot rolled TRIP steel, there is a problem that residual austenite is transformed into stress organic in the cold rolling process, and the cold rolled TRIP steel made through the cold rolling process is not only very expensive but also painting and heat treatment in the production process of the packaging steel The line is connected directly.
따라서 이 강종은 페인팅을 위해 열처리 라인을 중단하고, 열처리로를 비운 채, 뒷 공정으로 통과시켜야 하는 문제가 있으므로 포장용 대강으로 사용하기에는 한계가 있다. Therefore, this steel grade has a problem to stop the heat treatment line for painting, empty the heat treatment furnace and pass it to the back process, so there is a limit to use as a rough package.
일반 TRIP형 강재에 비해 상대적으로 강도가 높고 연신율은 낮은 물성을 얻을 수 있는 소입 & 분할(Quenching & Partitioning) 강재의 경우, TRIP형 강재와 유사하게 잔류 오스테나이트를 활용하지만 마르텐사이트 상을 많이 활용하여 기지조직을 강화시키는 것이다. In the case of quenching and partitioning steels, which have higher strength and lower elongation than general TRIP steels, they use residual austenite similar to TRIP steels, but utilize martensite phase. It is to strengthen the base organization.
이때 강도 및 연신율에 영향을 주는 주된 조직은 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트가 있다. 그러나 이 강재는 단일상으로는 강도와 연신율의 조합이 가장 우수한 베이나이트 상을 사용하지 않으므로 인장강도 1100MPa 이상이면서 연신율 10% 이상인 강도와 연신율이 우수한 조합을 얻기 곤란하다는 설비상 제조공정상의 문제가 있다. The main structures affecting strength and elongation are martensite and residual austenite. However, this steel material does not use the bainite phase having the best combination of strength and elongation as a single phase, and thus, there is a problem in the manufacturing process of the equipment that it is difficult to obtain a combination of excellent tensile strength and elongation of 10% or more with a tensile strength of 1100 MPa or more.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판의 제조방법에 따를 경우 제조된 강판은 인장강도 1100MPa 이상이면서 연신율 10% 이상인 강도와 연신율이 우수한 조합을 확보할 수 있다.However, according to the method of manufacturing a high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention, the prepared steel sheet can secure a combination of excellent tensile strength and elongation of 10% or more while having a tensile strength of 1100 MPa or more.
이를 자세히 살펴보면 연속 열처리 공정상에서 2단 열처리로를 이용하여 1 단계에서는 오스템퍼링(Austempering) 열처리를 하고 2 단계에서는 소입(Quenching) 열처리를 함으로써 본 발명의 일 실시예에서 규정한 미세 조직을 형성할 수 있게 된다.In detail, in the continuous heat treatment process, a two-stage heat treatment furnace is used to form the microstructure defined in the embodiment of the present invention by performing an austempering heat treatment in the first step and a quenching heat treatment in the second step. Will be.
즉, 1단계 오스템퍼링(Austempering) 열처리를 통해 적정량의 베이나이트를 생성시킴으로써 기본적인 강도와 연신율 조합을 확보하고, 계속해서 2 단계 소입(Quenching) 열처리를 통해 잔류하는 오스테나이트를 일부는 마르텐사이트로 변태시켜 강도를 보충하며, 유지공정을 통해 탄소를 잔류오스테나이트에 농축시켜 소량이지만 연신율에 기여할 수 있는 잔류오스테나이트를 생성시킴으로써 연신율을 보충하여 증가시키는 효과를 발휘하게 된다.That is, the basic strength and elongation combination is secured by generating an appropriate amount of bainite through a one-step austempering heat treatment, and some of the retained austenite is converted into martensite through a two-step quenching heat treatment. By replenishing the strength, the concentration of carbon in the retained austenite through the maintenance process produces a small amount of retained austenite, which may contribute to the elongation, thereby increasing the elongation.
이때 생성되는 잔류오스테나이트의 량은 소량이나, 기지조직인 베이나이트 상 및 공정 중에 생성되는 페라이트 상을 통해 목표로 하는 연신율의 상당부분이 확보된 상태이므로 소량의 잔류오스테나이트도 효과적으로 활용될 수 있다. 또한 이때 소입시 생성된 마르텐사이트는 해당온도에서 유지하는 동안 템퍼링되며 내부의 탄소는 잔류 오스테나이트로 이동하게 된다. 따라서 조직상으로는 정확한 마르텐사이트와 베이나이트를 구분하기 어렵기 때문에 본 발명의 파라미터상 베이나이트상과 템퍼링된 마르텐사이트 상의 분율을 합쳐서 정의하였다. At this time, the amount of residual austenite produced is a small amount, because a substantial portion of the target elongation is secured through the bainite phase as a base structure and the ferrite phase generated during the process, a small amount of residual austenite may be effectively utilized. In addition, the martensite produced during the quenching is tempered while maintaining at the corresponding temperature, and the carbon inside moves to the retained austenite. Therefore, since it is difficult to distinguish between martensite and bainite precisely in the structure, it is defined by combining the fractions of the bainite phase and the tempered martensite phase on the parameter of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 소입(Quenching)온도는 마르텐사이트 생성온도 및 종료온도의 중간온도로 본 발명에서 규정한 합금원소 함량에 따라 정도의 차이는 있으나 마르텐사이트 변태 및 변태된 마르텐사이트에서 잔류오스테나이트로의 탄소의 이동이 가능한 온도범위이다. The two-stage quenching temperature according to an embodiment of the present invention is an intermediate temperature between the martensite production temperature and the end temperature, although the degree of difference is depending on the alloy element content defined in the present invention. Is the temperature range in which carbon can be transported to residual austenite.
이상과 같은 제조 방법으로 고탄소 강판을 제조할 경우 제조된 강판의 미세 조직은 다상의 복합조직으로 구성되어 강도와 인성이 동시에 우수함을 발휘하기 때문에 포장용 대강으로 사용하기에 바람직하다.When the high carbon steel sheet is manufactured by the above-described manufacturing method, the microstructure of the manufactured steel sheet is composed of a multi-phase composite structure, and thus it is preferable to use as a rough steel for packaging because it exhibits excellent strength and toughness at the same time.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고탄소 강판은 전체 미세조직 중 베이나이트와 마르텐사이트를 합한 상의 분율이 40~85%이고, 잔류 오스테나이트의 분율이 3~12%이며, 나머지는 페라이트로 이루어지게 된다.The high carbon steel sheet prepared according to the embodiment of the present invention has a fraction of 40 to 85% of the combined phase of bainite and martensite among the entire microstructures, and a fraction of 3 to 12% of the retained austenite, and the rest is ferrite. Will be done.
제조된 고탄소 강판이 이와 같은 미세 조직을 갖게 되면 강도와 인성이 동시에 우수하게 되어 포장용 대강으로 사용할 수 있는 기술적 효과를 발휘한다. When the manufactured high carbon steel sheet has such a microstructure, the strength and toughness are excellent at the same time, thereby exhibiting a technical effect that can be used as a rough package.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고탄소 강판을 포장용 대강으로 사용할 경우 동일한 운송물을 고정하는데 필요한 결속횟수를 줄일 수 있어서 포장용 대강의 재료비와 결속에 필요한 인건비를 절감하는 기술적 효과를 발휘할 수 있다.Therefore, when the high carbon steel sheet manufactured according to an embodiment of the present invention is used as a packing roughness, the number of bindings required to fix the same transport can be reduced, and thus the technical effect of reducing the material costs and the labor costs required for the binding can be exerted. .
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the term "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element, and / or component, and other specific characteristics, region, integer, step, operation, element, component, and / or group. It does not exclude the presence or addition of.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly defined terms used are additionally interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.
이하에서는 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. These examples are merely to illustrate the invention, but the invention is not limited thereto.
본 발명은 일 실시예에 따른 고탄소 강판은 중량%로 C : 0.20∼0.35%, Si : 1.3~2.0%, Mn : 1.0~2.0%, Cr : 0.1∼1.5%, P : 0보다 크고 0.02% 이하, S : 0보다 크고 0.02% 이하, N; 30∼120ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 전체 미세조직 중 베이나이트와 마르텐사이트를 합한 상의 분율이 40~85%이고, 잔류 오스테나이트의 분율이 3~12%이며, 나머지는 페라이트로 이루어져 있다. 여기서 페라이트는 다각형 페라이트(Polygonal Ferrite), 침상 페라이트(Acicular Ferrite) 및 위드만스테텐 페라이트(Widmanstatten Ferrite)를 단수 또는 복수로 포함한다.High carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention by weight% C: 0.20 to 0.35%, Si: 1.3 to 2.0%, Mn: 1.0 to 2.0%, Cr: 0.1 to 1.5%, P: greater than 0.02% S: greater than 0 and less than 0.02%, N; 30 to 120 ppm, residual Fe and other unavoidable impurities, the fraction of the combined phase of bainite and martensite in the total microstructure is 40 to 85%, the fraction of residual austenite is 3 to 12%, and the rest is ferrite consist of. Here, the ferrite includes a singular or plural of polygonal ferrite, acicular ferrite, and widmanstatten ferrite.
이러한 고탄소 강판은 상기 기본 조성에 V, Nb, Mo, Ti, W, Al 및 Cu 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 0.05∼0.25% 함유하는 것이 바람직하다. The high carbon steel sheet preferably contains 0.05 to 0.25% of at least one element selected from the group consisting of V, Nb, Mo, Ti, W, Al, and Cu in the basic composition.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판의 조성범위를 한정이유에 대하여 설명한다. Next will be described for the reason for limiting the composition range of the high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention.
탄소(C)는 소재의 소입성 향상과 강도, 충격인성, 피로특성 및 영구변형 저항성에 효과를 미치며, 소려시 형성되는 탄화물의 함량을 결정하는 요소로 작용하여 기계적 성질에 영향을 미치는 원소이다. 또한 탄소는 소재의 경화능과 용접성 및 인성에도 영향을 미친다. 탄소의 함유량을 0.20∼0.35%으로 제한한 것은, 0.20% 미만에서는 탄소함량이 낮아 열처리 시 충분한 량의 베이나이트 및 마르텐사이트를 생성할 수 없으므로 강도가 확보되지 않기 때문이고, 0.35%초과시에서는 반대로 탄소함량 증가에 따른 베이나이트 및 마르텐사이트 량이 너무 많아 연신율이 낮으므로 인성을 확보하기 어렵기 때문이다.Carbon (C) is an element that affects the mechanical properties by acting as an element to determine the content of carbides formed at the time of effect, and to improve the hardenability of the material, strength, impact toughness, fatigue properties and permanent deformation resistance. Carbon also affects the hardenability, weldability and toughness of the material. The carbon content is limited to 0.20 to 0.35% because the carbon content is less than 0.20%, and sufficient strength of bainite and martensite cannot be produced during heat treatment, so that strength is not secured. This is because the amount of bainite and martensite due to the increase in content is so high that the elongation is low, making it difficult to secure toughness.
규소(Si)는 탈산제로 사용되며, 지연파괴(delayed fracture), 강도, 충격인 성, 내피로성 및 영구변형 저항성에 효과가 큰 원소이며, 소재의 용접성 저하, 열간변형저항 증대, 탈탄 증대, 흑연화 촉진, 탈스케일 처리성 및 냉간가공성 저하의 단점을 가진다. 그리고 Si 는 절삭가공성 및 잔류 오스테나이트 거동에 영향을 미친다. 더욱이 Si 는 열처리 공정에서 소입(Quenchin)후 소량의 잔류오스테나이트를 생성시키기 위해 탄화물 생성속도를 조금이나마 늦출 필요가 있다. 따라서 Si 는 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판에서 중요한 원소이다. Si 의 함유량을 2.0%이하로 제한한 것은, Si의 소재 강도 강화 및 영구변형 저항성의 개선 효과 들이 실리콘 함량의 증가에 따라 커지나 1.8%를 초과하면서부터는 Si 함량 증가에 따른 영구변형 저항성의 개선 효과는 상대적으로 감소하여 2.0% 이상이 되면 Si첨가에 따른 물성 측면의 기대효과 보다, 열간압연 시 스케일의 완전한 제거를 어렵게 하여 적스케일 발생가능성이 커지는 문제점이 더 크게 나타나기 때문이다.Silicon (Si) is used as a deoxidizer and is an element that is effective in delayed fracture, strength, impact toughness, fatigue resistance, and permanent deformation resistance, and decreases weldability of materials, increases hot deformation resistance, increases decarburization, and graphite. It has the disadvantages of acceleration of deignification, descaleability and cold workability. And Si affects machinability and residual austenite behavior. In addition, Si needs to slow the carbide production rate slightly to produce a small amount of residual austenite after quenching in the heat treatment process. Therefore, Si is an important element in the high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention. Limiting the content of Si to 2.0% or less means that the effects of strengthening the material strength of Si and improving the resistance to permanent deformation increase with the increase of the silicon content, but from over 1.8%, the improvement of the permanent deformation resistance with the increase of the Si content This is because when the relative decrease is more than 2.0%, the problem of increasing the possibility of the red scale becomes more difficult than the expected effect of the physical properties of the Si addition, making it difficult to completely remove the scale during hot rolling.
망간(Mn)은 소재의 경화능 및 강도를 향상시키며 또한 강중의 S와 결합하여 S를 MnS의 형태로 고정하여 무해화할 수 있으므로 S에 의하여 기인되는 크랙의 생성을 방지하는 효과를 갖는 원소이다. Mn은 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판에서 강도 확보를 위해 그 첨가가 유리하므로 1.0%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 Mn의 함유량이 과도하게 증가하면 경화능이 필요이상 증가하는 결과를 가져와서 열처리 시 한정된 설비조건에 따른 한정된 시간 내에 필요한 미세조직을 얻지 못하게 되는 문제가 있으므로 상한값은 2.0%로 제한한다. Manganese (Mn) is an element having the effect of improving the hardenability and strength of the material, and in combination with S in the steel to fix S in the form of MnS, thereby making it harmless. Mn is preferably added in an high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention because the addition of Mn is advantageous to secure the strength. However, if the content of Mn is excessively increased, the hardenability is increased more than necessary, and thus the upper limit is limited to 2.0% because there is a problem that the required microstructure is not obtained within a limited time according to the limited equipment conditions during heat treatment.
크롬(Cr)은 Mn과 마찬가지로 경화능과 강도를 향상시키며 제강 공정 중 용강에서의 탈탄 억제 및 흑연화 방지 효과를 나타낸다. 그러나 열처리 시 세멘타이트 형성 및 성장 촉진 효과로 영구변형 저항성을 저하시킨다. 따라서 Cr의 함유량은 0.1∼1.5%으로 제한한다. Cr이 함유량이 0.1% 미만에서는 충분한 소입성 및 탈탄 억제 효과를 기대할 수 없으며, 1.5% 초과할 경우에는 Mn의 경우와 같이 필요이상으로 경화능이 증가하는 결과를 가져오기 때문에 이와 같이 함유량을 제한한다. 또한 Cr은 시장상황에 따라 변화하지만 일반적으로 합금원소의 가격이 상대적으로 Mn보다 고가 이므로 므로 유사한 기능을 하는 Mn을 대용으로 첨가하는 것이 바람직하다. Chromium (Cr), like Mn, improves hardenability and strength and exhibits decarburization and graphitization prevention effects in molten steel during steelmaking. However, during heat treatment, the resistance to permanent deformation decreases due to cementite formation and growth promoting effects. Therefore, the content of Cr is limited to 0.1 to 1.5%. If the Cr content is less than 0.1%, sufficient quenchability and decarburization inhibitory effect cannot be expected. If the content of Cr is more than 1.5%, the curability is increased more than necessary as in the case of Mn. In addition, Cr changes according to market conditions, but since the price of alloying elements is generally higher than Mn, it is preferable to add Mn having a similar function as a substitute.
그리고 몰리브덴(Mo), 니오브늄(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 턴스텐(W) 및 알루미늄(Al) 은 강중의 탄소 또는 질소와 결합하여 석출 경화 현상을 일으킨다. Cu의 경우 단독으로 석출경화 현상을 일으키는 원소로 강도, 경도 등 기계적 성질의 향상 효과가 큰 원소이다. 따라서 이들 원소 들은 단독 또는 복합적으로 첨가하여 석출경화 현상을 통하여 소량의 첨가만으로도 강판의 고강도를 구현할 수 있다. 그러나 그 함유량이 필요이상 많을 경우 그 효과가 포화되는 경향이 있고, 오스테나이트 결정립크기를 감소시킬 수 있으며, 석출경화 효과가 과도한 경우 취성이 증가하는 단점이 있으므로 필요에 따라 제한적으로 선택하여 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 구리가 과다하게 첨가된 경우 열간압연 시 소재의 취성을 증가시키는 등 악영향을 미친다. 따라서 이러한 석출 경화형 원소의 함유량은 전체적으로 0.05∼0.25% 범위가 되도록 제한한다. Molybdenum (Mo), niobium (Nb), titanium (Ti), vanadium (V), turnsten (W) and aluminum (Al) is combined with carbon or nitrogen in the steel to cause precipitation hardening. Cu is an element that causes precipitation hardening alone, and has a large effect of improving mechanical properties such as strength and hardness. Therefore, these elements may be added alone or in combination to achieve high strength of the steel sheet even with a small amount of addition through precipitation hardening. However, if the content is more than necessary, the effect tends to be saturated, and the austenite grain size may be reduced, and if the precipitation hardening effect is excessive, brittleness may be increased. Do. In addition, excessively added copper adversely affects the brittleness of the material during hot rolling. Therefore, content of such precipitation hardening element is restrict | limited so that it may become 0.05 to 0.25% range as a whole.
질소(N)는 앞에서 설명한 바와 같이 석출경화형 원소와 결합하여 기계적 성질에 영향을 미친다. 따라서 N의 함유량은 30∼120ppm으로 제한 하는 것이 바람직 하다. N 의 함유량이 30ppm 미만일 경우 첨가 효과가 충분치 않아 각종 탄질화물의 석출양이 작으므로 강도 및 영구변형 저항성의 개선 효과가 충분하지 못하다. 반면 N의 함유량이 120ppm 초과할 경우 그 효과가 포화되어 기지 조직에 과포화 되어 소재의 인성을 저하시키게 된다. 그리고 이와 같은 N은 강중에서 Al과 결합하여 AlN의 형태로 석출하여 강화효과와 더불어 취성이 증가할 수도 있으므로 그 함유량을 30∼120ppm 제한한다. As described above, nitrogen (N) is combined with the precipitation hardening element to affect the mechanical properties. Therefore, the content of N is preferably limited to 30 to 120ppm. If the content of N is less than 30 ppm, the effect of addition is not sufficient, and the amount of precipitation of various carbonitrides is small, so that the effect of improving strength and resistance to permanent deformation is not sufficient. On the other hand, if the content of N exceeds 120ppm, the effect is saturated and supersaturated in the matrix structure, thereby reducing the toughness of the material. And such N is combined with Al in the steel to precipitate in the form of AlN to increase the brittleness and strengthening effect, so the content is limited to 30 ~ 120ppm.
인(P)과 황(S)은 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. P의 경우 0.02% 를 초과할 경우 결정립계에 편석 되어 인성을 저하시키기 때문이며, S의 경우 0.02% 초과할 경우 저융점 원소로 입계 편석 되어 인성을 저하시키고 유화물을 형성시켜 유해한 영향을 미치기 때문이다. It is preferable to make phosphorus (P) and sulfur (S) into 0.02% or less. This is because if P exceeds 0.02%, it will segregate at grain boundaries and degrade toughness. If S exceeds 0.02%, grains will be segregated into low-melting point elements, which will lower toughness and form emulsions, which will have a detrimental effect.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판의 제조방법은 먼저, 중량%로 C : 0.20∼0.35%, Si : 1.3~2.0%, Mn : 1.0~2.0%, Cr : 0.1∼1.5%, P : 0보다 크고 0.02% 이하, S : 0보다 크고 0.02% 이하, N; 30∼120ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 선택적으로 V, Nb, Mo, Ti, W, Al 및 Cu 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소가 0.05∼0.25% 함유된 슬라브를 제조한다. 이와 같이 제조된 슬라브는 통상의 방법으로 열간압연하고 소둔한 다음 냉간압연 공정을 통하여 냉연강판을 제조한다. 이때 제조된 냉연강판은 초기조직으로 구상화 시멘타이트와 페라이트가 혼합된 조직을 갖는다.Method for producing a high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention, first, by weight% C: 0.20 to 0.35%, Si: 1.3 to 2.0%, Mn: 1.0 to 2.0%, Cr: 0.1 to 1.5%, P: Greater than 0 and less than or equal to 0.02%, S: greater than 0 and less than or equal to 0.02%, N; Slabs containing from 30 to 120 ppm, balance Fe and other unavoidable impurities, optionally containing 0.05 to 0.25% of one or more elements selected from the group consisting of V, Nb, Mo, Ti, W, Al and Cu are produced. The slabs manufactured as described above are hot rolled and annealed in a conventional manner to produce a cold rolled steel sheet through a cold rolling process. In this case, the produced cold rolled steel sheet has a structure in which spheroidized cementite and ferrite are mixed as an initial structure.
이와 같은 초기조직을 갖는 강판에 대하여 다음과 같은 2단 열처리를 행한다.The following two stage heat processing is performed with respect to the steel plate which has such an initial structure.
본 발명의 일 실시예에 따른 열처리는 먼저 강판을 820∼1100℃의 온도범위로 가열한 다음, 420∼480℃의 온도범위로 유지된 열처리 욕조에서 5~8초간 유지하고, 계속해서 280∼320℃의 온도범위에서 120초 이상 유지한 다음 냉각하는 공정으로 이루어져 있다. Heat treatment according to an embodiment of the present invention is first heated the steel sheet to a temperature range of 820 ~ 1100 ℃, and then maintained for 5 to 8 seconds in a heat treatment bath maintained at a temperature range of 420 ~ 480 ℃, and subsequently 280 to 320 It consists of the process of cooling after holding for more than 120 seconds in the temperature range of ℃.
본 발명의 일 실시예에서 강판의 가열온도를 이상과 같이 한정하는 이유는 가열온도가 820℃ 미만일 경우 구상화된 시멘타이트가 소입 시 충분히 용해되지 않아 열처리 이후 소재의 강도가 저하되기 때문이다. 또한 강판의 가열온도가 1100℃ 초과하여 높아지게 되면 오스테나이트 결정립크기가 증가하여 미세한 다상 복합조직을 얻기가 곤란하게 되고, 기지에서 탈탄 현상이 가속화되어 소재의 탈탄이 증가하게 때문이다. The reason for limiting the heating temperature of the steel sheet as described above in one embodiment of the present invention is that when the heating temperature is less than 820 ° C., the spheroidized cementite is not sufficiently dissolved during quenching, and thus the strength of the material after heat treatment is lowered. In addition, when the heating temperature of the steel sheet becomes higher than 1100 ° C., the austenite grain size increases, making it difficult to obtain a fine multiphase composite structure, and the decarburization phenomenon is accelerated at the base to increase the decarburization of the material.
강판을 이와 같은 온도로 가열한 다음 열처리 욕조에서 2단으로 소입할 때의 소입 조건을 이상과 같이 유지하면서 열처리를 행할 경우 제조된 고탄소 강판은 충분한 강도와 인성을 동시에 유지하여 포장용 대강으로 사용하기 충분하고도 우수한 물성을 확보할 수 있게 된다.When the steel sheet is heated to such a temperature and then subjected to heat treatment while maintaining the hardening condition when hardened in two stages in the heat treatment bath as described above, the high carbon steel sheet manufactured can be used as a packing steel to maintain sufficient strength and toughness simultaneously. It is possible to secure sufficient and excellent physical properties.
본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판의 미세 조직은 전체 미세조직 중 베이나이트와 마르텐사이트를 합한 상의 분율이 40~85%이고, 잔류 오스테나이트의 분율이 3~12%이며, 나머지는 페라이트로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 페라이트는 다각형 페라이트(Polygonal Ferrite), 침상 페라이트(Acicular Ferrite) 및 위드만스테텐 페라이트 (Widmanstatten Ferrite)를 단수 또는 복수로 포함한다.In the microstructure of the high carbon steel sheet according to the embodiment of the present invention, the fraction of the phases of the combined bainite and martensite in the total microstructure is 40 to 85%, the fraction of residual austenite is 3 to 12%, and the rest is ferrite. It is preferable that it consists of. Here, the ferrite includes a singular or plural of polygonal ferrite, acicular ferrite, and widmanstatten ferrite.
따라서 이와 같은 미세조직을 형성하기 위해서는 제조된 냉연강판을 앞서 제시한 열처리 조건을 유지할 필요가 있다. Therefore, in order to form such a microstructure, it is necessary to maintain the heat treatment conditions presented above the produced cold-rolled steel sheet.
따라서 앞서 기술한 온도 범위로 가열된 강판은 420∼480℃의 온도범위로 유지된 열처리 욕조에서 5~8초간 유지할 필요가 있다. 이와 같은 조건을 유지할 경우 강판에 필요한 양의 베이나이트 조직을 생성시킬 수 있다. 이때 열처리 욕조의 조성은 납조 또는 중온으로 유지된 염욕조를 사용하는 것이 바람직하다. Therefore, the steel sheet heated to the above-described temperature range needs to be maintained for 5 to 8 seconds in the heat treatment bath maintained at a temperature range of 420 ~ 480 ℃. Maintaining such conditions can produce the required amount of bainite structure in the steel sheet. At this time, the composition of the heat treatment bath is preferably using a lead bath or a salt bath maintained at medium temperature.
다음 이와 같이 필요한 양의 베이나이트 조직을 형성한 다음 강판을 280∼320℃의 온도범위로 유지된 또 다른 열처리 욕조에서 120초 이상을 유지할 필요가 있다. 이와 같은 조건을 유지할 경우 강판에 필요한 양의 마르텐사이트와 일부 잔류오스테나이트를 생성시킬 수 있다. 이때 열처리 욕조의 조성은 염욕조를 사용하는 것이 바람직하다. Next, after forming the necessary amount of bainite structure, it is necessary to hold the steel sheet for 120 seconds or more in another heat treatment bath maintained at a temperature range of 280 to 320 ° C. Maintaining these conditions can produce the required amount of martensite and some residual austenite in the steel sheet. At this time, the composition of the heat treatment bath is preferably using a salt bath.
그 다음 이와 같은 방법으로 필요한 미세조직을 형성한 강판은 통상의 방법으로 냉각시킨다. 여기서 통상의 냉각 방법은 공냉을 포함한다.Then, the steel sheet formed the required microstructure in this way is cooled by a conventional method. Common cooling methods here include air cooling.
이상과 같은 강판의 열처리는 연속설비에서 실시가 가능하며, 이러한 연속 설비를 사용할 경우 강판의 통판속도와 조건은 각 열처리 욕조의 길이를 고려하여 온도 별로 필요한 유지시간이 지켜지도록 설정한다.Heat treatment of the steel sheet as described above can be carried out in a continuous equipment, when using the continuous equipment, the plate speed and conditions of the steel sheet is set to ensure the required holding time for each temperature in consideration of the length of each heat treatment bath.
연속설비에서 열처리를 할 경우 본 발명의 일 실시예에서 제시한 열처리 조건 즉, 유지온도와 유지시간을 충족하지 못 할 경우, 최종 냉각단계에서 잔류 오스테나이트 조직이 마르텐사이트로 다시 변태되거나, 베이나이트의 량이 너무 적거나 많아지게 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서 제시한 미세조직을 확보할 수 없게 된다. When the heat treatment in the continuous equipment does not meet the heat treatment conditions, that is, the holding temperature and the holding time presented in an embodiment of the present invention, the residual austenite structure is transformed back to martensite in the final cooling step, or bainite Too little or too much. Therefore, it is impossible to secure the microstructure presented in the embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 공정에 의하여 형성되는 미세 조직에 대하여 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the microstructure formed by the heat treatment process according to an embodiment of the present invention in more detail as follows.
가열된 강판을 2단 열처리로를 이용할 경우 1단계에서는 오스템퍼링(Austempering) 처리에 해당한다. 즉 1 차 오스템퍼링 열처리를 통해 필요한 량의 베이나이트를 생성시킴으로써 기본적인 강도와 연신율을 갖는 조직적 조합을 확보하게 된다. 그리고 2 단계에서는 소입(Quenching)처리에 해당하며, 2차 소입 열처리를 통해 잔류하는 오스테나이트 조직의 일부를 마르텐사이트로 변태시켜 강도를 보충하면서 동시에 120초 이상으로 유지하는 열처리 공정을 통해 탄소를 잔류오스테나이트에 농축시켜 소량의 잔류오스테나이트를 생성시키게 된다. 이와 같은 2 단계의 열처리를 통하여 강판의 연신율을 증가시키는 효과를 발휘하게 된다. 이때 생성되는 잔류오스테나이트의 량은 비록 소량이나, 기지조직인 베이나이트 상 및 공정 중 생성되는 페라이트 상을 통해 목표로 하는 연신율의 상당부분이 확보된 상태이므로 소량의 잔류오스테나이트도 효과적으로 활용될 수 있다. 이때 생성된 페라이트는 다각형 페라이트(Polygonal Ferrite)뿐만이 아니라 침상 페라이트(Acicular Ferrite) 및 위드만스테텐 페라이트(Widmanstatten Ferrite)도 생성된다.When the heated steel sheet is used in a two-stage heat treatment furnace, the first stage corresponds to an austempering treatment. In other words, by generating the required amount of bainite through the first osmampling heat treatment, a systematic combination having basic strength and elongation can be obtained. And in the second step, it corresponds to the quenching process, and the carbon remains in the heat treatment process in which a part of the austenite structure remaining through the second quenching heat treatment is transformed into martensite to supplement the strength and keep it for 120 seconds or more. Concentration in austenite produces a small amount of residual austenite. Through the two-step heat treatment as described above to achieve the effect of increasing the elongation of the steel sheet. At this time, the amount of residual austenite produced is small, but a small amount of retained austenite can be effectively utilized because a substantial portion of the target elongation is secured through the known bainite phase and the ferrite phase produced during the process. . In this case, the generated ferrite is not only a polygonal ferrite, but also an acicular ferrite and a Widmanstatten ferrite.
또한 이때 2차 소입 열처리에서 생성된 마르텐사이트는 해당온도에서 유지하는 동안 템퍼링되며 내부의 탄소는 잔류 오스테나이트로 이동하게 된다. In addition, the martensite produced in the second quenching heat treatment is tempered while being maintained at the corresponding temperature, and the carbon inside moves to the retained austenite.
따라서 조직상으로는 정확한 마르텐사이트와 베이나이트를 구분하기 어렵기 때문에 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 점을 고려하여 베이나이트상과 템퍼링된 마르텐사이트 상의 분율을 합하여 정의한다.Therefore, since it is difficult to distinguish between martensite and bainite precisely in terms of structure, in this embodiment of the present invention, the fraction of bainite phase and tempered martensite phase is defined in consideration of this point.
또한 2차 소입 열처리의 온도 조건은 마르텐사이트 상의 생성온도 및 종료온도에 대한 중간온도 범위로 강판의 합금원소 함량에 따라 일부 차이는 있을 수 있으나 마르텐사이트 변태 및 변태가 종료된 마르텐사이트에서 잔류오스테나이트로의 탄소의 이동이 가능한 온도범위이다. 따라서 본 발명의 일 실시예 따라 강판을 제조할 경우 본 발명에서 정의한 다상의 복합조직을 확보할 수 있게 된다. In addition, the temperature condition of the second quenching heat treatment is an intermediate temperature range for the formation temperature and the termination temperature of the martensite phase, and there may be some differences depending on the alloying element content of the steel sheet, but the residual austenite in the martensite transformation and transformation is completed This is the temperature range in which carbon can be transported to the furnace. Therefore, when manufacturing a steel sheet according to an embodiment of the present invention it is possible to ensure a multi-phase composite structure defined in the present invention.
이상과 같은 강판의 제조조건과 열처리 조건을 충족하여 강판의 미세조직을 규정한 조직(전체 미세조직 중 베이나이트와 마르텐사이트를 합한 상의 분율이 40~85%이고, 잔류 오스테나이트의 분율이 3~12%이며, 나머지는 페라이트로 구성됨)을 형성할 경우 제조된 강판은 인장강도가 적어도 1100MPa를 나타내고 연신율도 10%이상을 나타내게 된다.Structures that specified the microstructure of the steel sheet by satisfying the manufacturing conditions and heat treatment conditions of the steel sheet as described above (the fraction of bainite and martensite in the total microstructure was 40 to 85%, and the fraction of residual austenite was 3 to 12%, and the remainder is made of ferrite), the steel sheet produced exhibits a tensile strength of at least 1100 MPa and an elongation of 10% or more.
그러나 이와 같은 조건을 충족시키지 못할 경우 제조된 강판은 개선된 포장 대강용으로 사용할 수 있을 정도의 인장강도와 연신율을 확보할 수 없게 된다. 참고로 종래와 같이 항온변태를 이용하여 베이나트 상 위주로 제조된 종래의 포장 강대용 고탄소 강판의 인장강도는 900MPa~1000MPa 을 나타내고 연신율은 10% 이하를 나타낸다.However, if the above conditions are not met, the manufactured steel sheet cannot secure enough tensile strength and elongation to be used for improved packaging roughness. For reference, the tensile strength of the conventional high carbon steel sheet for packaging steel strips manufactured mainly on the bainat phase using constant temperature transformation as in the prior art is 900MPa ~ 1000MPa and the elongation is 10% or less.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아 니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples. These experimental examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.
실험예Experimental Example
하기의 표 1에 나타낸 바와 같은 조성의 고탄소 강판들을 사용하여 실험하였다.Experiments were carried out using high carbon steel sheets of the composition as shown in Table 1 below.
표1의 조성을 갖는 고탄소 슬라브를 제조한 다음 균열대의 온도 1200℃에서 40분이상 유지되도록 하여 190분간 재가열하였다. 그리고 이 슬라브를 통상의 조건으로 열간압연 하고 650℃에서 권취하여 두께가 2.3mm 인 열연강판을 제조 하였다. 제조된 고탄소 열연강판은 약 50%의 냉간압연을 거쳐, 상소둔로에서 최고유지온도720℃에서 10시간 이상, 전체 18시간 이상 소둔하였다. 이와 같은 조건을 제조된 고탄소 냉연강판은 구상화 시멘타이트와 페라이트가 혼합되어 있다. A high carbon slab having the composition shown in Table 1 was prepared and then reheated for 190 minutes to maintain at least 40 minutes at a temperature of 1200 ℃ cracking zone. The slab was hot rolled under normal conditions and wound at 650 ° C. to prepare a hot rolled steel sheet having a thickness of 2.3 mm. The manufactured high carbon hot rolled steel sheet was subjected to cold rolling of about 50%, and annealed for 10 hours or more at a maximum holding temperature of 720 ° C. in an annealing furnace for 18 hours or more. High-carbon cold-rolled steel sheet prepared under such conditions is a mixture of spheroidized cementite and ferrite.
이상과 같이 준비된 냉연강판을 30%의 이상의 압하율로 2차 냉간압연하여 최종적으로 두께 0.7~1.㎜인 냉연강판을 제조하였다.The cold rolled steel sheet prepared as described above was secondly cold rolled at a rolling reduction rate of 30% or more to finally prepare a cold rolled steel sheet having a thickness of 0.7 to 1. mm.
제조된 냉연 강판은 0.8mm * 20mm * 70mm 크기의 판형 인장시편으로 가공한 다음 아래 표2와 같은 조건으로 소입 열처리하였다. 즉, 인장시편을 먼저 900∼1200℃의 안정화 온도에서 3분간 가열하고, 300∼600℃로 유지된 염욕조에서 오스템퍼링 한 다음, 200∼300℃로 유지된 염욕조에서 소입하였다. The prepared cold rolled steel sheet was processed into a 0.8 mm * 20 mm * 70 mm plate tension specimen and then subjected to a hardening heat treatment under the conditions shown in Table 2 below. That is, the tensile specimens were first heated at a stabilization temperature of 900 to 1200 ° C. for 3 minutes, then ossampled in a salt bath maintained at 300 to 600 ° C., and then quenched in a salt bath maintained at 200 to 300 ° C.
이와 같은 오스템퍼링 및 소입 열처리한 시편에 대하여 인장시험 및 미세조직을 관찰하였다. Tensile tests and microstructures of the specimens subjected to the osmosis and quenching heat treatment were observed.
아래의 표2는 각 시편에 대하여 열처리 조건과 인장시험 결과를 표시한 것이다. Table 2 below shows the heat treatment conditions and the tensile test results for each specimen.
또한 도2에는 실시예1과 실시예2 그리고 비교예1과 비교예2에 따라 제조된 고탄속 강판의 미세 조직을 나타내는 주사전자현미경 사진을 나타내었다. In addition, Figure 2 shows a scanning electron micrograph showing the microstructure of the high-carbon steel sheet prepared according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
표 2 에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예의 조건으로 제조한 실시예1과 실시예2는 그 인장강도가 1100MPa 이상으로 나타났고 연신율 또한 10% 이상을 나타내고 있다.As can be seen in Table 2, Example 1 and Example 2 prepared under the conditions of one embodiment of the present invention showed that the tensile strength is 1100MPa or more and the elongation is also 10% or more.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 고탄소 강판을 제조할 경우 그 물성이 고강도와 고인성을 동시에 발휘하는 조화된 물성을 나타내고 있다.Thus, when manufacturing a high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention has shown a harmonized physical properties that exhibits high strength and high toughness at the same time.
그러나 본 발명의 일 실시예의 조건을 벗어나는 조건으로 제조한 비교예1과 비교예2의 경우에서 비록 열처리 조건이 본 발명의 일 실시예에서 규정한 조건을 충족하고 있더라도 강판의 화학조성이 규정한 범위를 벗어나 (예; C와 Mn) 강도나 높거나 인성이 높은 어느 한 쪽의 조건만을 만족할 뿐 이 두 가지 물성을 모두 만족하는 조화로은 물성을 나타내지 못하고 있다. However, in the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 manufactured under conditions outside of one embodiment of the present invention, even if the heat treatment conditions satisfy the conditions specified in the embodiment of the present invention, the chemical composition of the steel sheet was defined. In other words, C and Mn only satisfy the condition of either high strength or high toughness, but are not harmonized to satisfy both properties.
한편 도2에 나타난 각 시편의 미세조직을 살펴보면 실시예1과 2의 의 경우, 적절한 분율의 다상복합조직을 나타내고 있으나, 비교예1의 경우 상대적으로 연질상인 페라이트의 분율이 높아 강도가 부족하고, 비교재2의 경우 템퍼링이 충분하지 않은 마르텐사이트상으로 추정되는 상이 매우 많이 나타나 강도는 우수하지만 연신율이 떨어지는 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. On the other hand, when looking at the microstructure of each specimen shown in Figure 2, in the case of Examples 1 and 2, it shows a multi-phase composite structure of the appropriate fraction, but in Comparative Example 1 the strength is insufficient due to the relatively high fraction of the ferrite phase, In the case of Comparative Material 2, there were very many phases estimated to be martensite phases with insufficient tempering, indicating that they exhibit excellent strength but poor elongation.
그리고 열처리 조건의 변화에 따른 영향을 살펴보면 소입 열처리 온도가 1200℃로 매우 높은 비교예3의 경우, 오스테나이트의 결정립 크기 가 증가하여 미세한 복합조직을 얻을 수 없다. 따라서 비교예3의 경우 강도와 인성이 부족하게 나타나고 있고, 아울러 극표면부에 탈탄이 발생하였다. In addition, when looking at the effect of the change in the heat treatment conditions, in the case of Comparative Example 3 where the hardening heat treatment temperature is very high as 1200 ℃, the grain size of the austenite increases to obtain a fine composite structure. Therefore, in Comparative Example 3, strength and toughness were insufficient, and decarburization occurred in the polar surface portion.
또한 오스템퍼링 영역에서 온도가 너무 높은 비교예4의 경우에는 열처리 욕조에서 유지될 때 오스템퍼링으로 생성시키고자 하는 베이나이트를 생성시키지 못하고 파텐팅(Patenting) 열처리와 유사하게 펄라이트나 페라이트가 생성되게 되어 연신율은 상대적으로 증가하나, 강도가 부족하게 나타났다.In addition, in the case of Comparative Example 4, the temperature of which is too high in the ostempering region, when it is maintained in the heat treatment bath, it cannot generate bainite to be generated by ostamping, and pearlite or ferrite is generated similarly to the tenting heat treatment. Elongation increases relatively, but lacks strength.
이와 대비되는 오스템퍼링 열처리 온도가 너무 낮은 비교예5의 경우에는 오스템퍼링 온도가 이미 마르텐사이트 생성온도 이하로 내려가게 되어 마르텐사이트가 다량 생성되었다. 이와 같은 경우 생성된 마르텐사이트는 후속하는 유지공정 중에서 템퍼링 되어 연화되며 약간의 인성은 부여되나, 마르텐사이트의 량이 목표치와 대비하여 상대적으로 너무 많거나, 템퍼링 온도가 낮거나, 템퍼링 유지시간이 짧아 템퍼링이 충분히 이루어 질 수 없게 된다. 따라서 이와 같은 경우에는 목표한 물성과 대비하여 인장강도는 높아지나 연신율이 부족하게 나타난다. In contrast, in the case of Comparative Example 5 in which the ostempering heat treatment temperature was too low, the ostempering temperature was already lowered below the martensite formation temperature, thereby generating a large amount of martensite. In this case, the produced martensite is tempered and softened in the subsequent holding process and is given some toughness, but the amount of martensite is too much relative to the target value, the tempering temperature is low, or the tempering holding time is short, so as to temper the martensite. This will not be enough. Therefore, in this case, the tensile strength is increased in comparison with the targeted physical properties, but the elongation is insufficient.
그리고 오스테퍼링의 유지시간이 너무 긴 비교예6의 경우에는 대부분의 상이 베이나이트로 변태되어 강도 및 인성(연신율)의 조화는 어느 정도 확보되지만, 목표로 하는 1100MPa이상의 인장강도를 발휘할 수 없어서 포장용 대강으로 사용하기에는 강도가 부족하다는 문제가 있다. In the case of Comparative Example 6, in which the holding time of the austering is too long, most phases are transformed to bainite, and the balance between strength and toughness (elongation) is secured to some extent, but the packaging cannot be exhibited because the tensile strength of 1100 MPa or more cannot be achieved. There is a problem that the strength is insufficient to use roughly.
또 다른 한편, 소입 온도를 낮춘 비교예7의 경우, 비교예5와 같이 마르텐사이트의 분율이 너무 높아져서 강도는 향상되나 연신율이 부족하며, 소입후 열처리 욕조에서 유지시간을 짧게 변경시킨 비교예8의 경우에는 마르텐사이트에서 오스테나이트로 탄소의 이동이 충분하지 않기 때문에 후속하는 냉각 단계에서 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하여 연신율이 부족하게 된다. On the other hand, in the case of Comparative Example 7 in which the quenching temperature was lowered, as in Comparative Example 5, the fraction of martensite was so high that the strength was improved, but the elongation was insufficient. In this case, since there is not enough carbon transfer from martensite to austenite, the residual austenite transforms to martensite in the subsequent cooling step, resulting in insufficient elongation.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예를 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.While one embodiment of the present invention has been described as described above, various modifications and variations are possible in the technical field to which the present invention pertains without departing from the concept and scope of the claims set out below. Those who do will understand easily.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판의 열처리 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.1 is a process diagram schematically showing a heat treatment method of a high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고탄소 강판의 제조 방법에 따라 제조된 시편의 주사전자현미경 사진이다. 2 is a scanning electron micrograph of a specimen prepared according to the method for manufacturing a high carbon steel sheet according to an embodiment of the present invention.
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