KR100627475B1 - 미니밀공정을 이용한 표면특성이 우수한 저항복비형고장력 열연강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제조방법은, 중량%로 C : 0.03~0.08%, Mn : 0.5~2.0%, Si: 0.3%~0.8%, P:0.07%이하, S : 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 용강을 연속주조하여 박슬라브를 제조하는 단계; 상기 박슬라브를 1050℃~1180℃의 온도범위로 가열한후 20분 이하의 범위로유지하는 단계; 상기 가열된 박슬라브를 Ar₃~Ar₃+60℃의 온도범위에서 마무리 열간압연한후 650~ 730℃의 온도범위로 30℃/sec 이상의 냉각속도로 1차 냉각한후 공냉하는 단계; 및 상기 공냉된 열연판을 30℃/sec 이상의 냉각속도로 2차 냉각하여 250℃이하의 온도에서 권취하는 단계;를 포함하여 구성된다.

본 발명은 인장강도 540MPa 이상, 항복비 0.7이하 그리고 연신율 24% 이상을 가지는 표면특성이 우수한 저항복비형 고강도 열연강판을 미니밀 공정을 통하여 제공할 수 있다.

미니밀공정, 복합조직강, 적스케일, 저항복비

Description

미니밀공정을 이용한 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A HIGH-STRENGTH HOT ROLLED STEEL SHEET HAVIGNG SUPERIOR SURFACE PROPERTIES BY USING MINI MILL PROCESS}

본 발명은 미니밀 공정을 이용하여 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 미니밀 공정을 이용하여 인장강도 540MPa이상, 항복비 0.7이하, 그리고 연신율 24% 이상을 가지면서도 종래 Si첨가형 저항복비형 고장력 열연강판 보다 표면특성이 우수한 저항복비형 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다

근래에 와서 자동차 연비향상을 위한 경량화 도모 및 충돌시 운전자의 안전을 보호하기 위하여 자동차 구조재료의 고강도화가 급격히 진행되고 있다. 그러나 고강도강을 채택할 경우 통상 가공시 성형이 어려워지므로, 보다 성형이 용이한 고강도강의 개발이 요구되고 있다. 따라서 이러한 요구를 만족시키기 위하여 저항복비를 가지면서도 강도와 연신율이 우수한 페라이트와 마르텐사이트 복합조직강이 종래부터 개발되어 사용되어 오고 있다.

이러한 저항복비형 복합조직 열연강판의 제조방법으로서 일본 공개특허번호 81-54371호, 83-18970호, 86-11291호등에 제시된 발명을 들 수 있다. 상기 공개특허발명에서는 C-Si-Mn 또는 C-Si-Mn-Cr계 성분계의 용강을 연속주조하여 슬라브를 제조한후 재가열하고, 이어 제안된 압연조건과 냉각조건을 통하여 복합조직강을 제조함을 제시하고 있다.

그런데 이러한 저항복비형 복합조직 열연강판의 경우, 페라이트 변태 및 오스테나이트내에 C 농축을 촉진하여 복합조직강 제조를 용이하게 하기 위하여 Si을 다량 첨가하고 있다. 그러나 이와 같이 Si을 첨가한 강을 재가열로에서 장시간 고온으로 가열할 경우 fayalite(Fe₂SiO₄)가 형성되는데, 이 복합 산화물은 1180℃이상으로 가열되면 액상화되어 결정입계에 침입하게 된다. 그리고 이와 같이 침입한 fayalite는 anchor 역할을 하여 디스케일링성을 악화시키며, 이에 따라, 미탈락된 스케일은 압연과정동안 추가적인 산화반응에 의해 적스케일을 발생시키게 된다. 그런데 이러한 적스케일은 통상적인 스케일과 산세되어지는 속도가 다르므로, 산세후 표면얼룩과 같은 형태로 남게 되어 표면품질의 열화 및 성형된 자동차 부품의 전착 도장후에도 얼룩무늬가 전사되는 문제가 발생된다. 또한 이는 강판의 표면조도가 거칠어져 피로특성의 열화를 초래할 수 있다는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 연주-재가열-열연공정 대신에, 미니밀 공정의 연주-압연 직결프로세스 와 중간가열 및 보열장치의 조건을 설정함으로써 종래 Si 함유 저항복비형 고강도 열연강판 제조시 발생하는 적스케일에 의한 표면품질 저하문제를 효과적으로 해결할 수 있는 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로 C : 0.03~0.08%, Mn : 0.5~2.0%, Si: 0.3%~0.8%, P:0.07%이하, S : 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 용강을 연속주조하여 박슬라브를 제조하는 단계; 상기 박슬라브를 1050℃~1180℃의 온도범위로 가열한후 20분 이하의 범위로 유지하는 단계; 상기 가열된 박슬라브를 Ar₃~Ar₃+60℃의 온도범위에서 마무리 열간압연한후 650~ 730℃의 온도범위로 30℃/sec 이상의 냉각속도로 1차 냉각한후 공냉하는 단계; 및 상기 공냉된 열연판을 30℃/sec 이상의 냉각속도로 2차 냉각하여 250℃이하의 온도에서 권취하는 단계;를 포함하는 미니밀 공정을 이용한 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래 일반적인 연주-재가열-열연공정등을 이용하여 고장력 복합조직강을 제조하는 공정에서는 적스케일 발생이라는 현실적인 문제가 있었 다. 따라서 본 발명자들은 이러한 종래의 통상적인 공정 대신에, 미니밀 공정을 이용하여 저항복비형 고장력 열연강판 제조기술을 개발하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였다.

미니밀 공정은 기존밀과는 달리 연속주조와 열연공정이 직결화 되어 있기 때문에 장시간의 고온 재가열 공정이 없이 연속하여 강판의 제조가 가능하다. 따라서 종래공정과 같이 fayalite의 생성이 용이하지 않으며, 또한 중간가열 및 보열온도 또한 낮기 때문에 이러한 fayalite의 액상화에 의한 미탈락 스케일 발생은 거의 일어나지 않음을 발견하고, 본 발명을 제시하는 것이다.

즉, 본 발명은 미니밀 공정의 이러한 장점을 이용하여 C-Si-Mn계의 성분계를 가지면서도 적스케일 발생이 없는 표면특성이 우수한 저항복비형 고강도 열연강판의 제조방법을 제공할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 강조성성분 및 그 제한사유를 설명한다.

강중 C는 강도를 확보하기 위해서 첨가되며, 복합조직강의 강화상인 마르텐사이트를 생성하기 위해서 꼭 필요한 원소이다. 본 발명에서는 C의 함량을 0.03~0.08중량%(이하, "%"라 한다)로 제한함이 바람직한데, 그 함량이 0.03% 미만이면 그 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없으며 0.08%를 초과하면 peritetic 반응이 일어나는 성분영역으로 응고수축량이 커서 연속주조가 어려울 수 있다. 특히, 박슬라브주조기의 경우 주조속도가 통상 4.0m/min 이상으로 일반 연주기의 주조속도에 비해 매우 빨라, break out 발생이 다발하여 생산성이 저하됨으로 그 함량을 0.08% 이하로 제한함이 좋다.

강중 Si은 고용강화능이 크고 항복비, 강도 및 연신율의 균형을 저해하지 않으면서도 강도를 올릴 수 있는 유용한 원소이다. 또한 Si은 오스테나이트에서부터 페라이트로의 변태를 활성화하여 오스테나이트에서의 C농축을 촉진하고 페라이트와 마르텐사이트의 복합조직 형성에도 기여한다. 아울러, Si은 제강시의 탈산원소로서 강의 청정화에도 유용한 원소이다. 그러나 Si의 첨가량이 너무 적으면 그 유효한 효과가 얻어지지 않으며, 과다하면 표면에 박리성이 열악한 스케일이 형성되고, 이에 따라 압연후 적스케일이 발생하여 표면품질이 저하될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 Si 첨가량을 0.3~0.8%로 제한함이 바람직하다.

강중 Mn은 강도 향상에 기여할 뿐만 아니라 소입성을 향상시켜 제2상인 마르텐사이트의 형성을 용이하게 한다. 그리고 열간가공시의 취성크랙의 원인이 되는 고용S을 MnS로 석출시켜 무해화하는 효과도 가지고 있다.

본 발명에서는 이러한 Mn함량을 0.5~2.0%로 제한함이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 0.5%미만에서는 첨가에 따른 효과를 기대하기가 어렵고 2.0%를 초과하면 강도 증가에 따른 연신율의 저하가 크고 용접성이 악화될 수 있다.

강종 P는 고강도화와 내식성 향상을 위해 적당량 첨가되며, 이는 또한 페라이트 형성원소로서 작용하여 복합조직강 형성도 용이하게 한다. 그러나 그 함량이 0.07%를 초과하면 소재의 연성과 인성을 저하시키고 편석 또한 심해질 수 있으므로, 본 발명에서는 이를 0.07% 이하로 제한함이 바람직하다.

강중 S는 열간가공성, 인성 및 용접성을 저해하는 원소로서, 특히 그 함량이 0.02%을 초과하면 이러한 특성의 열화가 심해질 수 있다. 또한 S의 다량첨가는 조대한 개재물을 증가시켜 피로특성 또한 열화시킬 수 있다.

따라서 본 발명에서는 P의 함량을 0.02% 이하로 제한함이 바람직하다.

기타 본 발명에서는 불순물로서, Cu, Sn등을 함유할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같은 조성으로 이루어진 용강을 마련한후, 이를 연속주조를 통하여 박슬라브를 제조한다. 본 발명에서는 이때 상기 박슬라브의 두께를 50~100mm로 제한함이 바람직하다. 또한 본 발명에서는 필요에 따라 상기와 같이 박슬라브를 제조한후, 곧바로 조압연을 행할 수도 있다.

이어, 본 발명에서는 상기 박슬라브를 중간가열설비와 보열설비를 통하여 가열한후 일정시간동안 유지한다. 즉, 본 발명에서는 상기 박슬라브를 연속주조로 제조한후, 상온으로 냉각하지 않고 곧바로 중간가열설비와 보열설비에서 가열 및 보열하게 된다. 이러한 공정은 슬라브을 재가열후 조압연을 실시하는 종래의 공정과는 크게 구별되는 본 발명의 공정이다.

강재의 우수한 재질 확보를 위해서는 일정한 범위의 마무리 압연 온도 유지 가 필요한데, 이러한 온도를 확보하기 위해서 미니밀에서는 조압연기와 마무리 압연기 사이에 가열 및 보열장치를 가지고 있다. 다만, 본 발명은 구체적인 가열설비 및 보열설비에 제한되는 것은 아니며, 상술한 조건을 충족하는 것이라면 어느 것이라도 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

한편, 표면특성이 우수한 저항복비 고강도 강판을 제조하기 위해서는 Si 산화물을 포함하는 스케일의 형성을 최대한 억제할 수 있는 가열 및 보열 온도범위 설정 및 유지시간의 설정이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 상기 가열 및 보열 온도범위를 1050℃~1180℃로 제한한다. 만일 박슬라브(또는 Bar)의 온도가 1050℃미만일 경우 마무리 압연 온도 확보가 어려워져 재질 확보가 어려워질 수 있으며, 1180℃을 초과하면 fayalite의 액상화에 의한 미탈락 스케일 발생량이 증가할 수 있기 때문이다.

또한 본 발명에서는 상기 가열후 유지시간은 20분 이하로 제한하는데, 이는 20분을 초과할 경우 스케일의 성장과 밀착성이 좋아져 디스케일링 후 잔존하는 스케일이 증가하여 마무리압연후 적스케일을 유발하기 때문이다. 보다 바람직하게는 그 유지시간을 10~20분으로 제한하는 것이다.

상술한 바와 같이, Si 첨가강을 기존 방식대로 재가열로에서 고온 가열할 경우 fayalite(Fe₂SiO₄)가 형성되는데, 이 산화물은 1180℃이상으로 가열될 경우 액상화 되어 결정입계에 침입하게 된다. 또한 이렇게 침입한 fayalite는 anchor 역할을 하여 디스케일링성을 악화시키며, 이에 따라 미탈락된 스케일은 압연과정동안 추가 적인 산화반응을 통해 표면에 적스케일을 발생시하게 되는 문제가 있었다.

그러나 본원발명에서는 미니밀 공정을 채택함으로써 연속주조후 고온에서의 장시간 재가열 과정없이 조압연이 연속적으로 이루워질 수 있기 때문에 스케일 발생량도 매우 적다.

다음으로, 본 발명에서는 상기 가열된 박슬라브(또는 조압연된 바)를 Ar3~Ar3+60℃의 온도범위에서 마무리 열간압연한다. 만일 마무리 온도가 Ar3 변태점 미만이면, 이상역 압연에 의해 연신율이 저하되고 가공성 또한 매우 나빠질 수 있다. 그리고 Ar3+60℃를 초과하면, 도입된 strain이 회복에 의해 제거되어지고 오스테나이트 결정립 또한 성장하여 페라이트 핵생성 사이트가 감소하여 페라이트 결정립의 미세화가 달성되지 않아 강도와 연신율의 균형의 저하를 가져올 수 있다.

이어 ,본 발명에서는 상기 마무리압연된 열연판을 30℃/sec 이상의 냉각속도로 650~ 730℃의 온도범위로 1차 냉각한후 공냉한다. 저항복비형 고강도강은 페라이트와 마르텐사이트 그리고 일부의 베이나이트로 구성되어 있어 마무리 압연후 냉각과정에서의 냉각조건에 따라 강판의 강도, 연신율 및 항복비가 달라질 수 있다. 따라서 마무리 압연후 미세한 페라이트를 강도에 맞추어서 적절히 석출시키기 위해서는 30℃/sec 이상의 냉각속도로 650 ~ 750℃의 온도범위로의 냉각이 필요하다. 만일 상기 온도범위를 벗어나게 되면, 페라이트 변태 nose로부터 벗어나 페라이트 변태속도가 느려지게 되며, 이에 따라 일정 분율의 페라이트를 확보하기 위해서 필요한 공냉시간이 길어지게 되고 냉각대의 길이가 불충한 경우 통판속도의 저 하를 유발하여 생산성 저하를 초래할 수 있다.

또한 본 발명에서는 이러한 냉각후 적어도 3초이상 공냉유지함이 바람직하다. 강도와 연신율이 우수한 저항복비를 갖는 고강도강을 제조하기 위해서는 적정 분율의 페라이트의 확보가 필요한데, 이를 위하여 최소 3초이상의 공냉시간을 유지함이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 냉각후 3~ 100초 범위로 공냉유지하는 것이다.

그리고 본 발명에서는 상기 공냉된 열연판을 30℃/sec 이상의 냉각속도로 2차 냉각하여 250℃이하의 온도에서 권취한다. 만일 냉각속도가 30℃/sec 미만이거나 권취온도가 250℃를 초과하면 베이나이트 분율이 증가하게 되어 강도와 연신율의 균형의 악화를 초래할 수 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명한다.

(실시예)

구분	화학성분(중량%)					비고
	C	Mn	Si	P	S
A	0.061	1.40	0.33	0.03	0.005	발명강
B	0.062	1.39	0.65	0.02	0.006
C	0.055	1.35	0.87	0.03	0.004	비교강
D	0.025	1.37	0.61	0.03	0.005
E	0.058	1.44	0.02	0.03	0.005

상기 표 1과 같은 조성을 갖는 용강을 마련한후, 이를 연속주조를 통하여 60mm두께의 박슬라브를 제조하였다. 이어, 상기 박슬라브를 조압연하여 그 두께를 30mm로 하였으며, 이후 하기 표 2와 같이 그 공정조건을 달리하여 열연 복합조직강을 제조하였다.

한편, 비교를 위하여 상기 표 1의 조성을 갖는 용강을 두께 230mm의 슬라브를 주조후, 상온으로 냉각하였다. 그리고 이러한 냉각된 슬라브를 다시 재가열로에서 1200℃에서 180분동안 재가열한후, 하기 표 2와 같이 그 공정조건을 달리하여 열연 복합조직강을 제조하였다.

이와 같이 제조된 두께 3mm의 열연강판들의 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 또한 이러한 열연강판들을 육안으로 관찰하여 그 표면등급을 하기 표 3에 나타내었다. 한편 표 3에서 O는 적스케일이 없는 경우를, △는 부분적으로 적스케일이 관찰되는 경우, 그리고 X는 적스케일이 심한 경우를 나타낸다.

	강종	슬라브 두께(mm)	가열조건		마무리 압연온도 (℃)	1차냉각속도 (℃/s)	중간공냉온도 (℃)	2차냉각속도 (℃/s)	권취온도 (℃)	비고
			온도 (℃)	시간 (min)
1	A	60	1100	14	820	44	670	37	220	발명예1
2		60	1170	11	835	38	691	33	210	발명예2
3		230	-	-	830	50	680	45	180	종래예1
4	B	60	1080	18	800	45	667	44	200	발명예3
5		60	1120	12	700	41	623	37	150	비교예1
6		60	1105	15	815	15	756	55	130	비교예2
7		60	1089	16	833	46	689	15	221	비교예3
8		60	1205	26	860	51	687	49	180	비교예4
9		60	1120	18	805	31	678	56	178	비교예5
10		230	-	-	826	55	671	54	160	종래예2
11	C	60	1140	18	832	46	682	41	220	비교예6
12		60	1190	21	840	39	691	43	201	비교예7
13		230	-	-	838	51	662	48	153	종래예3
14	D	60	1126	13	829	38	688	42	238	비교예8
15		230	-	-	845	51	662	46	192	종래예4
16	E	60	1103	19	805	39	682	39	244	비교예9
17		230	-	-	834	47	681	47	207	종래예5

	강종	항복강도(MPa)	인장강도(MPa)	항복비	연신율(%)	표면등급	비고
1	A	379	566	0.67	29	O	발명예1
2		384	569	0.67	29	O	발명예2
3		377	571	0.66	28	△	종래예1
4	B	374	597	0.63	29	O	발명예3
5		470	547	0.86	22	O	비교예1
6		455	722	0.62	20	O	비교예2
7		483	661	0.73	24	O	비교예3
8		383	586	0.65	30	△	비교예4
9		437	691	0.63	22	O	비교예5
10		389	614	0.63	28	X	종래예2
11	C	392	616	0.64	31	△	비교예6
12		393	607	0.65	30	X	비교예7
13		387	613	0.63	30	X	종래예3
14	D	406	546	0.74	33	O	비교예8
15		412	561	0.73	31	X	종래예4
16	E	402	551	0.73	29	O	비교예9
17		407	573	0.71	28	O	종래예5

표 2와 표 3의 비고란에서 종래예1, 2는 발명강 A와 B에 대해 종래의 조업조건(미니밀 방법 적용하지 않음)을 제조한 경우이며, 비교예1~5는 발명강 A와 B에 대해 미니밀방법을 적용하나 그 조건이 본 발명의 조건을 벗어나는 조건으로 제조한 경우에 해당하는 것이다.
상기 표 2-3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 강조성성분 및 제조공정조건이본 발명범위를 충족하는 본 발명예(1-3)의 경우는 모두 제조된 열연강재의 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 그 적스케일이 관찰되지 않음을 알 수 있다.

이에 반하여, 그 강조성성분은 본 발명범위내이나 제조공정이 본발명의 범위를 벗어난 비교예(1-5)의 경우는 전반적으로 강재의 기계적 특성이 열화되었다. 또한 그 강조성성분이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예(6-9)도 소망하는 기계적 특성 및 표면등급을 확보할 수 없었다.

한편, 본 발명과 같이 미니밀공정을 이용하지 않는 종래예(1-5)의 경우에도, 전반적으로 적스케일이 관찰되어 소망하는 특성을 확보할 수 없음을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 실시예를 통하여 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시예의 기재내용에 제한되는 것은 아니다. 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범위내에서 다양한 개량, 개조등이 가능함은 너무나 자명하며, 이들 모두 본 발명의 기술적범위에 속한다고 이해되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 종래법으로 제조된 Si첨가형 저항복비형 고강도강에 비하여 표면특성이 우수할 뿐만 아니라 항복비 0.7이하와 연신율 24% 이상인 Si 첨가 저항복비형 고강도강의 제조에 유용한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 중량%로 C : 0.03~0.08%, Mn : 0.5~2.0%, Si: 0.3%~0.8%, P:0.07%이하, S : 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 용강을 연속주조하여 박슬라브를 제조하는 단계;

   상기 박슬라브를 1050℃~1180℃의 온도범위로 가열한후 20분 이하의 범위로유지하는 단계;

   상기 가열된 박슬라브를 Ar₃~Ar₃+60℃의 온도범위에서 마무리 열간압연한후 650~ 730℃의 온도범위로 30℃/sec 이상의 냉각속도로 1차 냉각한후 공냉하는 단계; 및

   상기 공냉된 열연판을 30℃/sec 이상의 냉각속도로 2차 냉각하여 250℃이하의 온도에서 권취하는 단계;를 포함하는 미니밀 공정을 이용한 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 연속주조로 얻어진 박슬라브의 두께가 50~100mm임을 특징으로 하는 미니밀 공정을 이용한 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법
3. 제 1항에 있어서, 상기 연속주조로 박슬라브를 제조한 직후 조압연을 행함을 특징으로 하는 미니밀 공정을 이용한 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법
4. 제 1항에 있어서, 상기 1차 냉각후 3초이상 공냉함을 특징으로 하는 미니밀 공정을 이용한 표면특성이 우수한 저항복비형 고장력 열연강판 제조방법