KR20210030030A - 저합금강을 이용한 굽힘가공성이 우수한 초고강도강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

저합금강을 이용한 굽힘가공성이 우수한 초고강도강의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 초고강도강의 제조방법은, 냉연 강판을 가열하는 가열로와 그 가열된 강판을 균열하는 균열로를 포함하는 가열대, 상기 가열대에서 배출된 강판을 서냉하고, 이어, 급냉함으로써 강판의 미세조직을 제어하는 냉각대, 및 상기 냉각대에서 배출된 강판을 시효처리는 과시효대를 포함하는 연속소둔장치를 이용하여 냉연 강판을 제조함에 있어서, 상기 냉연 강판은 저합금강이며, 상기 가열대와 냉각대와의 사이에 급속가열대를 설치하여 상기 가열대에서 배출된 강판을 그 배출 시 온도 보다 50℃ 이상의 고온으로 급속가열한 후, 냉각대에서 냉각하는 것을 특징으로 하다.

Description

저합금강을 이용한 굽힘가공성이 우수한 초고강도강의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A HIGH STRENGTH STEEL SHEET HAVING GOOD BENDING-FORMABILITY BY USING SLLOY STEEL}

본 발명은 냉간압연된 저합금강 코일을 연속적으로 소둔하여 굽힘가공성이 우수한 초고강도강판의 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적인 연속소둔장치는 상온의 냉간압연된 스트립(강대, strip)을 소정의 온도로 가열하는 가열로와 가열된 스트립을 동일한 온도로 일정시간 유지하는 균여로를 포함하는 가열대를 포함한다. 그리고 상기 가열대에서 배출된 스트립을 서냉각하여 일정온도까지 냉각하고, 마르텐사이트, 베이나이트 변태를 위한 온도까지 냉각하는 냉각대 및 오스템퍼링, 마르템퍼링을 위하여 600℃ 이하의 온도에서 일정시간 유지 후 상온까지 냉각하는 과시효대를 포함하는 장치로 구성되어 있다.

상기 가열대는 냉간압연된 스트립을 재결정시키고 소정의 상을 갖는 온도까지 가열한다. 이때 탄화물의 용해와 페라이트 조직의 재결정 핵생성 및 성장이 이루어지며 A3이상의 온도가 되면 오스테나이트가 출현한다. 이들 조직은 모두 폴리고날(polygonal) 구조를 갖는다. 그리고 상기 균열대에서는 온도에 맞는 평형상을 얻을 목적으로 소정의 시간동안 일정온도를 유지하는 역할을 하여, 결정립의 성장과 균질화 처리를 하는 역할을 한다.

상기 냉각대는 서냉과 급냉을 하는 장치로 구성되어 있고, 페라이트 단상강에서는 탄소를 과포화시키기 위해 급냉하며, 복합조직강에서는 급냉을 통하여 페라이트 기지조직에 마르텐사이트나, 베이나이트 또는 잔류 오스테나이트를 함유하는 조직을 얻기위해 급속냉각을 한다.

그리고 상기 과시효대에서는 페라이트 단상강의 과포화된 탄소를 석출시켜 고용원소를 단시간에 대폭 줄임으로써 가공성을 향상시킨다. 그리고 복합조직강에서는 과시효대에서 마르텐사이트를 템퍼링하거나, 항온유지 베이나이트 열처리를 통해 베이나이트 또는 잔류 오스테나이트를 포함하는 베이나이트를 형성시켜 강도와 연성을 제어하는 역할을 한다. 과시효대는 목적에 따라 제거할 수도 있다.

그러데 상술한 종래의 연속소둔 열처리장치는 가열단계에서부터 재결정에 의해 얻어진 폴리고날 구조를 갖기 때문에, 강성분을 제어하여 조직을 미세화 시키는 방법을 사용하므로 다량의 합금원소를 첨가하고도 효과적으로 제어하지 못하는 문제가 있다.

일본 특허공개2003-328039호 일본 특개소59-133329호

따라서 본 발명의 일측면은 가열대에서 소둔 열처리 후, 서냉각 구간 진입이전에 급속 가열을 통해 서냉각 출측 온도에서 연질조직의 분율을 제어한 다음, 급냉 및 템퍼링 열처리를 통하여 저합금으로 굽힘가공성이 우수한 초고강도강을 제조할 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

냉연 강판을 가열하는 가열로와 그 가열된 강판을 균열하는 균열로를 포함하는 가열대, 상기 가열대에서 배출된 강판을 서냉하고, 이어, 급냉함으로써 강판의 미세조직을 제어하는 냉각대, 및 상기 냉각대에서 배출된 강판을 시효처리는 과시효대를 포함하는 연속소둔장치를 이용하여 냉연 강판을 제조함에 있어서,

상기 냉연 강판은 저합금강이며,

상기 가열대와 냉각대와의 사이에 급속가열대를 설치하여 상기 가열대에서 배출된 강판을 그 배출 시 온도 보다 50℃ 이상의 고온으로 급속가열한 후, 냉각대에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 저합금강을 이용한 굽힘가공성이 우수한 초고강도 강판의 제조방법에 관한 것이다.

상기 저합금강은, 중량%로, C: 0.1~0.25%, Mn: 2.0~3.0%, Si: 0.1%이하, P: 0.02% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.025%이하, Ti: 0.02% 이하, N: 0.001% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성될 수 있다.

상기 급속가열온도 범위를 상기 가열대에서 배출된 강판의 배출 시 온도 대비 50~100℃범위로 높게 관리하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에서 제시한 장치로 열처리하면, 저합금으로 강도가 매우 우수한 초고강도강을 제조할 수 있으며, 기존 서냉각 구간에서의 연질조직 형성의 회피가 가능하여 다량의 합금원소를 첨가하지 않아도 되기에 굽힘가공성이 우수한 냉연 및 아연도금 강대를 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연속소둔장치의 구성을 보이는 블록도이다.
한편 도 2는 본 발명의 실시예에서 연속소둔된 강판의 미세조직사진으로서, 도 2(a)는 종래예 1 강판을, 그리고 도 2(b)는 발명예 2 강판에 대한 조직사진을 나타낸다.

이하, 본 발명을 설명한다.

기존 연속소둔로는 가열을 한번 한 후 서냉각 및 급냉, 과시효처리를 하지만, 본 발명의 연속소둔 설비는 가열 및 소둔후, 서냉각 구간 진입 직전에 다시 고온으로 급속 가열함으로써 조직을 균질화 또는 원하는 조직으로 제어함으로써 저합금으로 강도가 매우 우수한 초고강도강을 제조할 수 있으며, 기존 서냉각 구간에서의 연질조직 형성의 회피가 가능하여 다량의 합금원소를 첨가하지 않아도 되기에 굽힘가공성이 우수한 냉연 및 아연도금 강대를 제조할 수 있는 특징이 있다. 즉, 본 발명은 상기 가열대와 냉각대와의 사이에 급속가열대를 설치하여 상기 가열대에서 배출된 강판을 그 배출 시 온도 보다 50℃ 이상의 고온으로 급속가열한 후, 냉각대에서 냉각하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연속소둔장치의 구성을 보이는 블록도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 연속소둔 장치는 크게 가열대(10), 냉각대(50) 및 과시효대(70)을 포함하여 구성되어 있다. 그리고 상기 가열대(10)는 가열로(11)와 균열로(13)을 포함하여 구성되고, 상기 냉각대(50)는 서냉대(51)와 급냉대(53)을 포함하여 구성되어 있다. 이러한 연속소둔장치의 구성은 통상의 연속소둔 장치 구성과 같다.

본 발명에서 상기 가열대(10)을 구성하는 가열로(11)에서는 최대 950℃까지 가열할 수 있도록 유도가열이나, 라디안트 튜브(Radiant Tube)가열 방식 또는 직화 가열방식을 채택하여 저합금강인 냉연 강판을 가열하며, 이후, 균열로(13)에서 항온 유지 시간은 10초 이상으로 유지한다.

본원발명에서는 고합금강을 이용하지 않고, 후술하는 바와 같이, 저합금 냉연강판을 연속소둔 열처리하더라도 굽힙가공성이 우수한 초고강도 강판을 제조할 수 있다.

본 발명에서 저합금강은, 중량%로, C: 0.1~0.25%, Mn: 2.0~3.0%, Si: 0.1%이하, P: 0.02% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.025%이하, Ti: 0.02% 이하, N: 0.001% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성될 수 있다.

이어, 본 발명에서는 가열대(10)을 거쳐 냉각대(50)에 진입 직전에 도 1에 나타난 바와 같이, 급속가열대(30)을 설치하여 상기 가열대(10)에 배출된 소둔열처리된 냉연강판을 그 배출 시 온도 보다 50℃ 이상의 고온으로 급속가열함을 특징으로 한다

이러한 급속가열은 유도가열 장치를 설치하여 가열대를 통과한 강대의 온도를 50℃ 이상 가열한다. 이에 따라, 후속하는 냉각대(50)의 서냉대(51)을 통과한 강판의 온도가 700℃이상 확보가 가능하므로, 경화능 원소를 적게 첨가하여도 서냉대에서 페라이트 및 펄라이트 변태를 회피할 수 있게 된다.

바람직하게는 상기 급속가열온도 범위를 상기 가열대에서 배출 시 강판 온도 대비 50~100℃범위로 높게 관리함이 바람직하다. 만일 급속가열온도가 상기 가열대(10)에서 배출될 때 강판 온도 대비 50℃미만으로 높으면, 서냉구간에서 연질상 형성온도까지 냉각되기 쉬워 강도 확보에 문제가 있으며, 반면에 100℃를 초과하여 높으면 오스테나이트 결정립 크기가 조대해지기 때문에 최종 강도가 하락하는 문제가 있다.

본 발명에서 상기 서냉대(51)에서는 가스냉각하며 1~10℃/초의 냉각속도로 강판을 냉각한다.

그리고 본 발명에서는 상기 서냉대(51)을 거친 강판을 급냉대(53)에서 10℃/초 이상으로 급속냉각한다. 앞서와 같이, 본 발명에서는 급속가열대(30)를 설치함으로써, 저합금강에 대하여, 서냉대를 단축하지 않고도 페라이트 및 펄라이트 변태 회피가 가능하다. 따라서 저합금강으로도 풀마르텐사이트 조직으로 된 강재의 제조할 수 있다.

후속하여, 본 발명에서는 선택적으로, 상기 냉각대(50)에서 냉각된 강판을 오스템퍼링, 마르템퍼링을 위하여 600℃ 이하의 온도에서 일정시간 유지 후 상온까지 냉각하는 과시효대(70)에서 과시효 처리함으로써 굽힘가공성이 우수한 초고강도 냉연강판과 아연도금용 강판을 효과적으로 제조할 수도 있다

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 진공유도 용해에 의해 제조하고, 1200℃의 온도로 가열하여 추출한 후 900℃ 이상의 범위에서 열간압연을 마무리하여 두께 2.5mm의 열연판을 각각 제조하였다. 이어, 제조된 각각의 열연판을 500~700℃의 온도에서 1시간 유지후 노냉하여 상온으로 냉각한 다음, 스케일을 제거한 후 1.2mm 두께의 냉간압연 강판을 각각 제조하였다

강종	C	Mn	Si	P	S	Al	Ti	N	잔부
저합금강	0.18	1.5	0.1	0.011	0.008	0.02	0.02	0.002	Fe 및 불순물
고합금강	0.18	3.0	0.1	0.011	0.008	0.02	0.02	0.002

상기와 같이 제조된 저합금강 및 고합금강 냉연강판들 중 일부는 5℃/초의 가열속도로 850℃까지 가열한 다음 60초간 유지하였으며, 이후 900℃이상으로 급속가열하였다. 그리고 급속가열된 강판은 3℃/초의 냉각속도로 700~800℃까지 서냉각 후, 30℃/초 이상으로 150~180℃까지 급냉하고, 후속하여 180℃의 온도에서 380초간 유지한 후 상온으로 공냉처리하였다. 즉, 본 발명의 연속소둔조건을 이용하여 최종 강판을 제조하였다.

한편 비교를 위하여 상기 제조된 저합금강 및 고합금강 냉연 강판들 중 일부는 5℃/초로 850℃까지 가열한 다음 60초간 유지하였다. 이후, 급속가열하지 않고 3℃/초의 냉각속도로 600~700℃까지 서냉각 후, 30℃/초 이상으로 150~180℃까지 급냉하고, 후속하여 180℃의 온도에서 380초간 유지한 후 상온으로 공냉하여 최종 강판을 제조하였다.

상기 제조된 각각의 강판들에 대하여 인장 시험 및 굽힘시험을 실시하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

강종	급속가열 유무	서냉대측 출측온도(℃)	YS(MPa)	TS(MPa)	EL(%)	R/t	비고
저합금강	무	650	387	897	12.3	3.4	종래예1
		700	448	983	13.7	3.2	종래예2
		750	980	1170	1.1	2.9	종래예3
	유	700	525	1039	12.9	3.0	발명예1
		750	1054	1319	3.3	2.8	발명예2
		800	1101	1382	7.6	2.5	발명예3
고합금강	무	650	958	1481	7.3	4.2	종래예4
		700	950	1474	7.6	3.9	종래예5
		750	970	1415	7.3	4.0	종래예6
	유	700	1249	1545	7.3	3.8	비교예1
		750	1264	1546	7.5	4.2	비교예2
		800	1262	1541	7.6	3.9	비교예3

상기 표 1-2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 연속소둔공정을 이용하여 제조된 발명예 1-3 강판의 경우, 저합금으로도 마르텐사이트조직을 얻을 수 있으며, 굽힘가공성도 우수하여 수냉설비를 보유하지 않고도 초고강도 냉연강판의 제조가 가능함을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 연속소둔공정에서는 급속가열을 통하여 서냉각구간에서의 페라이트 연질상 형성을 회피할 수 있으므로 저합금으로도 초고강도 마르텐사이트강 제조가 가능하며, 아울러, 고합금강 대비 굽힘가공성도 우수함을 알 수 있다.

이에 반하여, 저합금 냉연강판에 대하여 본 발명과 같은 급속가열을 행하지 않고 연속소둔처리하여 제조된 종래예 1-3 강판은 인장강도 및 항복강도 특성이 발명예 1-3 대비 열위하였다.

또한 본 발명과 같은 급속가열공정을 이용하지 않을 뿐만 아니라 고합금강을 이용하여 연속소둔하여 제조된 종래예 4-6 강판은 서냉각구간에서의 페라이트 변태가 지연되어, 초고강도강 물성 확보가 가능하나 굽힘가공성 측면에서 열위하였다.

아울러, 비교예 1-3은 본 발명과 같은 급속가열공정을 이용하나 고합금강을 이용하여 연속소둔하여 제조된 강판의 경우로서, 종래예 4-6과 유사하게 초고강도강 물성 확보가 가능하나 굽힘가공성 측면에서 열위함을 알 수 있다.

한편 도 2는 본 발명의 실시예에서 연속소둔된 강판의 미세조직사진으로서, 도 2(a)는 종래예 1 강판을, 그리고 도 2(b)는 발명예 2 강판에 대한 조직사진을 나타낸다. 도 2(a-b)에 나타난 바와 같이, 발명예 2의 강판의 조직이 종래예 1 강판의 조기 보다 미세함을 알 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 냉연 강판을 가열하는 가열로와 그 가열된 강판을 균열하는 균열로를 포함하는 가열대, 상기 가열대에서 배출된 강판을 서냉하고, 이어, 급냉함으로써 강판의 미세조직을 제어하는 냉각대, 및 상기 냉각대에서 배출된 강판을 시효처리는 과시효대를 포함하는 연속소둔장치를 이용하여 냉연 강판을 제조함에 있어서,
   상기 냉연 강판은 저합금강이며,
   상기 가열대와 냉각대와의 사이에 급속가열대를 설치하여 상기 가열대에서 배출된 강판을 그 배출 시 온도 보다 50℃ 이상의 고온으로 급속가열한 후, 냉각대에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 저합금강을 이용한 굽힘가공성이 우수한 초고강도강의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 저합금강은, C: 0.1~0.25%, Mn: 2.0~3.0%, Si: 0.1%이하, P: 0.02% 이하, S: 0.003% 이하, Al: 0.025% 이하, Ti: 0.02% 이하, N: 0.001% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성됨을 특징으로 하는 저합금강을 이용한 굽힘가공성이 우수한 초고강도강의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 급속가열온도 범위를 상기 가열대에서 배출된 강판의 배출 시 온도 대비 50~100℃범위로 높게 관리하는 것을 특징으로 하는 저합금강을 이용한 굽힘가공성이 우수한 초고강도강의 제조방법.
   

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