KR20240106702A - 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20240106702A
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이석진
노태호
김태응
도형협
김민태
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은, 홀확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 만족한다.

Description

열연강판 및 그 제조방법{Hot rolled steel sheet and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홀확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 샤시 부품은 차체 하부에 적용되어 차체, 파워트레인, 조향 및 구동 부품을 연결 및 지지하고, 반복적인 충격과 하중을 받기 때문에 높은 내구 피로 특성이 요구된다. 샤시 부품은 운전자의 안전과 밀접하게 연관되어 있기 때문에 고강도 강판을 사용하고 있는데 최근 버링성 (홀확장성) 때문에 샤시 부품에서 버링부 크랙 발생률이 높아져 기존보다 더 높은 수준의 강도와 홀확장성을 보증하는 강판의 개발이 필요하다.
기존 제품에서는 소입성 원소인 망간(Mn)과 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐 (V), 몰리브덴(Mo) 등의 석출 원소를 첨가하여 인장강도 80K급의 다상의 미세조직을 가지는 고강도강을 확보할 수 있었다. 하지만, 다상으로 인한 높은 상간계면 경도차와 Mn과 Nb의 과잉 첨가로 밴드 조직이 나타나고, Ti 첨가로 인한 TiN과 같은 조대한 정출물들로 인하여 높은 홀확장성을 보증하는 부품에는 적합하지 않았다.
일본특허출원번호 제2018-510136호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 페라이트 단상을 가지는 홀확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 홀확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 만족한다.
상기 열연강판은 홀확장성(HER): 90% 이상을 만족할 수 있다.
상기 열연강판에서, 최종 미세조직이 페라이트 단상일 수 있다. 상기 페라이트 단상 내 탄화 바나듐이 석출될 수 있다.
상기 열연강판은 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr)을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열연강판의 제조 방법은 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,200℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 860℃ ~ 900℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 500℃ 초과 580℃ 미만의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함한다.
상기 열연강판의 제조 방법에서 상기 냉각하는 단계는, 80℃/초 이상의 냉각속도로 수행할 수 있다.
상기 열연강판의 제조 방법에서 상기 권취하는 단계를 수행한 후 제조된 상기 열연강판은, 항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 홀확장성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 구현할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀확장성이 우수한 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 중 실시예에 따른 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 강재의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예 중 비교예에 따른 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 강재의 미세조직을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 측면인 홀확장성이 우수한 열연강판에 대하여 설명한다.
홀확장성이 우수한 열연강판
본 발명의 일 측면인 홀확장성이 우수한 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 기타 불가피한 불순물로서, 티타늄(Ti): 0% ~ 0.002%을 포함할 수 있다.
상기 홀확장성이 우수한 열연강판은, 항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 만족할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 홀확장성이 우수한 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.05% ~ 0.15%
탄소는 강의 강도 및 경도를 확보하기 위하여 첨가된다. 나아가, 본 발명에서 는 저탄설계를 통해 점용접성 및 이상(2nd) 분율을 저감하여 연신, 버링성을 향상시킨다. 탄소의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 합금원소 첨가 등을 통하여 충분한 열연 강판의 인장 강도 확보는 가능하나 합금원소를 첨가하지 않는 경우보다 항복 강도가 높아져 저항복비 확보에 어려움이 있으며, 다량의 합금원소 첨가로 인한 경제성 역시 저하되게 된다. 탄소의 함량이 0.15%를 초과하는 경우에는, 용접성을 저하시키며 펄라이트 상의 분율이 지나치게 높아져 저온 충격 물성 확보가 어려우며 원하는 미세조직을 제어하기 어려워질 수 있다. 따라서, 탄소는 강판 전체 중량의 0.05% ~ 0.15%로 첨가되는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%
실리콘은 페라이트 고용강화 및 연신율 확보를 위하여 첨가하며, 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 효과를 얻기 위해 첨가한다. 또한 페라이트 안정화 원소로, 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는 데에 효과적이다. 실리콘이 0.2% 미만인 경우 상술한 첨가 효과를 기대하기 어려우며, 0.8%를 초과하여 포함하는 경우에는 붉은형 스케일을 유발하여 표면 품질을 저하시키며, 도금성을 크게 저하시킨다. 따라서, 실리콘은 강판 전체 중량의 0.2% ~ 0.8%로 제어하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%
망간은 철과 유사한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화에 매우 효과적인 원소이고, 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다. 망간의 함량이 0.5% 미만인 경우에는, 강도 확보에 어려움이 있는바 상술한 첨가 효과가 불충분하다. 망간의 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는, 편석대 및 밴드 조직이 발생하며, 황과 결합하여 다량의 MnS가 형성되어 소재의 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 망간은 강판 전체 중량의 0.5% ~ 1.5%로 첨가되는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인은 황과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 강재의 입계에 편석되어 재질 편차를 발생하게 하며 강의 인성을 저하시키고 용접성을 저하시키므로, 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 인을 0.02%를 초과하여 포함하는 경우에는, 용접성 및 인성이 저하될 수 있다. 따라서, 인은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.002%
황은 인과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS를 형성함으로써 강의 가공성을 저하시킬 수 있으며 조관 시 후크 크랙과 같은 용접부 결함이 발생할 수 있다. 황을 0.002%를 초과하여 포함하는 경우에는, 유화물계 개재물(MnS)을 형성하여 응력부식균열에 대한 저항성을 악화시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킬 수 있고, 그 결과 강의 내부식성을 저하시킬 수 있다. 황은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.002%로 제한하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%
알루미늄은 탈산제로 사용되는 동시에 실리콘과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하며 강도를 향상시키는 역할을 한다. 알루미늄의 함량이 0.02% 미만일 경우에는, 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 알루미늄의 함량이 0.06%를 초과하는 경우에는, 강 내에 존재하는 N과 결합하여 조대한 AlN계 질화물을 생성하고, 용접성을 저해할 수 있다. 따라서, 알루미늄은 강판 전체 중량의 0.02% ~ 0.06%로 첨가되는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%
니오븀은 석출물 생성을 통한 결정립 미세화로 강도를 확보하기 위하여 첨가한다. 또한, 열간 압연시 재결정을 지연시켜 결정립 미세화를 도모할 수 있다. 열간 압연중 고용 니오븀은 재결정의 핵생성 및 성장을 지연시키는 것으로 알려져 있으며, 이러한 재결정 지연은 전위 등의 결함 자리를 소모하지 않기 때문에 상변태시 핵생성을 촉진하여 결정립을 미세하게 한다. 또한 변형 유기 석출된 탄화물은 상변태시 페라이트의 핵생성 자리 역할을 하므로 상변태를 촉진하여 결정립을 미세화 할 수 있다. 이러한 결정립 미세화는 저온 인성을 0℃ 미만에서도 확보 가능케 할 수 있다. 그러나 많은 양의 Nb 첨가는 결정립 미세화로 인한 항복 강도 상승을 야기하므로 저항복비형 재질에는 접합하지 않다. 따라서 본 발명에서는 저항복비 재질 및 저온 인성을 확보하기 위한 적정 니오븀 함량을 0.02% ~ 0.05%로 제한하였다. 니오븀 함량이 0.02% 미만인 경우 충분한 강화 효과를 기대하기 어려우며 0.05%를 초과하는 경우, 밴드 조직이 발생하고 열간 압연시 부하가 증가하며, 탄소 및 질소와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성하여 강도를 증가시킬 수 있는 석출 경화형 원소로 함량이 증가하여 항복 강도 및 항복비가 증가하고 연신율이 감소하여 가공성을 저하시킨다.
바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%
바나듐(V)은 니오븀(Nb)과 함께 열간 압연시 재결정을 지연시켜 결정립 미세화를 도모할 수 있다. 또한, 석출물 생성을 통한 결정립 미세화 및 강도 향상에 기여하며, 고용 강화 및 복합 석출물 형성을 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 바나듐은 상기 열연 강판 전체 중량에 대해 0.15% ~ 0.25%로 포함된다. 바나듐이 0.25%를 초과하여 첨가되는 경우, 용접성을 저하시키고 저온에서의 과다 석출에 의하여 권취시 문제를 발생시킬 수 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴은 펄라이트 변태를 지연시키며 석출물 생성을 통한 결정립 미세화 및 강도 향상을 위하여 첨가한다. 또한, 몰리브덴은 고용강화에 효과적으로 작용하여 강도를 향상시키나 과도하게 첨가할 경우 연신율이 감소하고 탄소 당량을 증가시켜 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 몰리브덴은 강판 전체 중량의 0.1% ~ 0.4%로 제어하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb)과 바나듐(V)의 총합: 0.17% ~ 0.30%
본 발명의 열연강판에서 첨가되는 니오븀과 바나듐은 석출 강화형 원소로써 첨가시 탄소와 탄화물을 형성하거나, 질소와 결합하여 질화물을 형성하여 강도를 향상시킨다. 이러한 석출 강화형 원소의 함량이 증가되면, 항복비가 증가되고 연신율이 감소되어 가공성을 저하시킨다.
니오븀(Nb)과 바나듐(V)의 총합이 0.17% 미만인 경우 석출 경화에 의한 강도 향상 효과를 기대하기 어려우며, 0.30%를 초과하는 경우에는, 연신율과 가공성이 저하될 수 있다. 따라서, 니오븀(Nb)과 바나듐(V)의 총합은 강판 전체 중량의 0.17% ~ 0.30%로 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 그 밖의 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 열연강판은 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr)을 포함하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 티타늄은 탄소와 결합하여 강도 증가에 영향을 끼치는 탄화물을 형성하지만 항복강도를 크게 향상시키는 원소로서, 우수한 홀확장성을 확보하기 위해서는 본 발명에 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 열연강판에서 티타늄은 의도적으로 첨가되는 것이 아니라 불가피한 불순물로서 함유될 수 있다. 이러한 경우에는, 강재를 형성하는 2차 정련 과정에서 티타늄의 함량을 제거함으로써, 그 함량을 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 열연강판에서 티타늄은 불가피한 불순물로서 함유될 수 있는 바, 불가피 불순물로서 티타늄의 함유량은 0.002% 이하로 관리하는 것이 필요하다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 강판의 제조 방법을 통해 제조된 홀확장성이 우수한 열연강판은, 항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 만족할 수 있다.
상기 홀확장성이 우수한 열연강판은 펄라이트를 포함하지 않고, 단상의 페라이트 조직을 가질 수 있다. 나아가, 상기 페라이트 단상 내 탄화 바나듐이 석출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 홀확장성이 우수한 열연강판의 제조방법이 제공된다. 이에 따르면 전술한 합금 조성으로 이루어지는 강재를 1,200℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 860℃ ~ 900℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강재를 500℃ 초과 580℃ 미만의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함한다.
상기 강재를 냉각하는 단계는, 80℃/초 이상의 냉각속도로 수행될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 홀확장성이 우수한 열연강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
강재의 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀확장성이 우수한 열연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 강재의 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
상기 강재는, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홀확장성이 우수한 열연강판의 제조방법은 재가열단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각 단계(S130), 및 권취 단계(S140)를 포함한다.
재가열 단계(S110)
재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 강재를, 예를 들어 슬라브 판재를, 1,200℃ ~ 1,230℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 2 시간 이상, 예를 들어 2 시간 ~ 4시간 동안 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 재가열 온도가 1,200℃ 미만인 경우에는, 주조시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않을 수 있고, 열간 압연 시 압연 부하가 야기될 수 있으며, 함유된 Nb, Ti와 같은 석출경화형 원소들이 충분히 재고용되지 못하여 석출물의 조대화로 인해 충분한 강도 확보가 불가능해진다. 반면, 상기 재가열 온도가 1,230℃를 초과하는 경우에는, 결정립의 조대화로 인해 강판의 강도가 저하될 수 있다.
열간압연 단계(S120)
상기 가열된 강재는 먼저 그 형상의 조정을 위해 가열 후에 열간압연을 실시한다. 상기 열간압연은 폭압연, 조압연, 및 사상압연으로 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 열간압연 단계에 의하여, 상기 강재는 열연강판을 형성할 수 있다.
상기 열간압연 중 상기 사상압연은 860℃ ~ 900℃의 마무리 압연 종료온도(finish rolling temperature, FRT)에서 종료될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 860℃ 미만인 경우에는, 결정립이 미세화되어 항복비가 높아지거나 2상 영역의 압연에 의해 혼립 조직이 발생하여 강판의 가공성 저하 및 압연 공정에 부하를 야기할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료 온도가 900℃를 초과하는 경우에는, 강판의 표면 스케일 발생으로 인한 강판의 품질이 저하될 수 있으며, 결정립 조대화로 인한 충분한 강도 확보가 어려울 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를 80℃/초 이상의 냉각속도로 500℃ 초과 580℃ 미만까지 냉각한다. 상기 냉각은 급랭 방식으로 수행되며, 예를 들어, 수냉 방식으로 수행될 수 있다. 상기 냉각속도에서는 조대한 결정립 성장을 최대한 억제할 수 있다. 상기 냉각속도가 80℃/초 미만인 경우에는, 충분히 냉각이 이루어지지 않아 고온에서 생성되는 스케일을 야기할 가능성이 있으며, 낮은 냉속에 의해 충분한 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 상기 냉각속도가 120℃/초를 초과하는 경우에는, 판재의 형상 제어가 용이하지 않아 평탄도를 확보하기 어려우며, 목표 강도를 초과하여 가공성이 저하될 가능성이 있으며, 저항복비 확보가 어려울 수 있다.
상기 냉각 공정은 열간압연 후 권취 전의 구간 중에서 전단부에서 급랭을 수행하는 전단급랭 공정일 수 있다. 전단급랭 공정을 적용함으로써 페라이트 단상 조직을 구현할 수 있다. 만약, 열간압연 후 권취 전의 구간 중에서 후단부에서 급랭을 수행하는 경우 결정립이 조대화되고 석출물이 조대화되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 열간압연 후 권취 전의 구간의 전단부 및 후단부 모두 급랭 공정을 수행하는 경우 냉각속도 조절이 어려운 문제점이 발생한다.
권취 단계(S140)
상기 냉각이 종료되어, 상기 강재를 500℃ 초과 580℃ 미만의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다. 상기 권취온도가 580℃ 미만인 경우에는, 결정립 미세화로 강도가 증가하여 조관 및 용접성 확보가 어려울 수 있으며, 동시에 냉속이 지나치게 높아져 판재의 형상 제어가 어려움이 있을 수 있다. 상기 권취온도가 620℃를 초과하는 경우에는, 충분한 강도 확보가 어렵고 표면 스케일을 제거하기 어려울 수 있다.
앞에서 살펴본 바와 같이, 기존 제품에서는 소입성 원소인 망간(Mn)과 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐 (V), 몰리브덴(Mo) 등의 석출 원소를 첨가하여 인장강도 80K급의 다상의 미세조직을 가지는 고강도강을 확보할 수 있었다. 하지만, 다상으로 인한 높은 상간계면 경도차와 Mn과 Nb의 과잉 첨가로 밴드 조직이 나타나고, Ti 첨가로 인한 TiN과 같은 조대한 정출물들로 인하여 높은 홀확장성을 보증하는 부품에는 적합하지 않았다.
따라서 홀확장성은 상간계면 경도차가 높을 경우 열위하기 때문에, 본 발명에서는 이상(2nd)을 제어하여 페라이트(Ferrite) 단상을 구현하고자 전단급냉 냉각 방식을 적용하였다. 또한, 망간(Mn)과 니오븀(Nb) 첨가를 최소화 시킴으로서 밴드 조직을 제어하였고, 인(P) 및 황(S)을 극도로 제어하고, 티타늄(Ti)을 바나듐(V)으로 대체하여 첨가함으로써 연주 중에 형성되는 TiN과 같은 정출물을 최소화하고 및 10nm 이하의 미세한 바나듐(V)계 탄화물(carbide) 석출을 통해 높은 홀확장성을 구현하였다. 또한, 80K급의 고강도를 확보하기 위해서는 석출 원소의 효과를 극대화하는 것이 필요한 바, 가열로에서 높은 온도에서 유지시간을 확보하고 석출물을 최대화 하기 위하여 재가열온도: 1,200℃ ~ 1,230℃, 마무리압연온도: 860℃ ~ 900℃, 권취온도: 500℃ 초과 580℃ 미만인 조건을 적용하였다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 강재의 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이다. 표 1에서 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다.
C Si Mn Al Nb Ti V Mo
실시예 0.070 0.48 1.16 0.040 0.030 0.002 0.194 0.200
비교예1 0.061 0.31 1.53 0.036 0.022 0.116 0.014 0.197
비교예2 0.059 0.31 1.53 0.036 0.022 0.114 0.013 0.197
비교예3 0.060 0.31 1.52 0.036 0.022 0.115 0.013 0.196
비교예4 0.057 0.31 1.52 0.036 0.022 0.114 0.013 0.196
표 1을 참조하면, 실시예는 본 발명이 제시한 목표 성분 함량을 만족한다. 구체적으로, 실시예는 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe)의 조성을 만족한다.
비교예1 내지 비교예4는 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 티타늄을 0.002%를 초과하여 함유하며, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%의 범위를 하회하여 만족하지 못한다.
표 2는 본 발명의 실험예에 따른 열연강판의 제조 방법에서 적용한 공정 조건 값들을 나타낸다.
재가열온도(℃) 압연종료 온도(℃) 권취온도(℃)
실시예 1200 880 560
비교예1 1200 880 514
비교예2 1200 880 620
비교예3 1200 920 492
비교예4 1200 920 590
표 2를 참조하면, 실시예는 본 발명이 제시한 공정조건을 만족한다. 구체적으로, 실시예는 재가열온도: 1,200℃ ~ 1,230℃, 압연종료 온도: 860℃ ~ 900℃, 권취온도: 500℃ 초과 580℃ 미만의 범위를 만족한다.
이에 반하여, 비교예1, 비교예3은 권취온도: 500℃ 초과 580℃ 미만의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 비교예3, 비교예4는 압연종료 온도: 860℃ ~ 900℃의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
표 3은 표 1 및 표 2에 따라 제조된 열연강판에 대한 항복강도(YS), 인장강도(TS), 연신율(EL), 홀확장성(HER)을 나타낸다.
항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 홀확장성(HER)
(%)
실시예 735 823 16.1 95
비교예1 754 787 14.5 61
비교예2 775 842 16.5 48
비교예3 734 777 14.0 52
비교예4 688 801 16.1 45
표 3을 참조하면, 실시예는 항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 모두 만족한다.
이에 반하여, 비교예1은 연신율(EL): 16% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 비교예3은 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못한다. 나아가, 비교예1 내지 비교예4는 모두 홀확장성(HER): 75% 이상의 범위를 현저하게 하회하여 만족하지 못한다.
도 2는 본 발명의 실험예 중 실시예에 따른 홀확장성이 우수한 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 강재의 미세조직을 촬영한 사진이고, 도 3은 본 발명의 실험예 중 비교예1에 따른 홀확장성이 우수한 열연강판의 제조방법을 이용하여 제조한 강재의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 열연강판의 미세조직은 펄라이트를 포함하지 않고, 단상의 페라이트 조직을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 만족하는,
    열연강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    홀확장성(HER): 90% 이상을 만족하는,
    열연강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    최종 미세조직이 페라이트 단상인,
    열연강판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 페라이트 단상 내 탄화 바나듐이 석출된 것을 특징으로 하는,
    열연강판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열연강판은 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는,
    열연강판.
  6. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.2% ~ 0.8%, 망간(Mn): 0.5% ~ 1.5%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.002%, 알루미늄(Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.02% ~ 0.05%, 바나듐(V): 0.15% ~ 0.25%, 몰리브덴(Mo): 0.1% ~ 0.4% 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,200℃ ~ 1,230℃의 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 가열된 강재를 860℃ ~ 900℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 강재를 500℃ 초과 580℃ 미만의 권취온도에서 권취하는 단계;를 포함하는,
    열연강판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는, 80℃/초 이상의 냉각속도로 수행하는,
    열연강판의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 권취하는 단계를 수행한 후 제조된 상기 열연강판은,
    항복강도(YS): 600 ~ 760 MPa, 인장강도(TS): 780 ~ 900 MPa, 연신율(EL): 16% 이상, 및 홀확장성(HER): 75% 이상을 만족하는,
    열연강판의 제조 방법.
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