KR101033401B1 - 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법 - Google Patents
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Abstract
일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법에 관한 것으로, 일반재로 사용되기에 적합한 기계적 물성을 가지는 냉연강판의 상자 소둔 열처리 조건을 도출하여 양산 가능한 일반재용 냉연강판 제조를 위한 상자소둔 열처리 방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 중량%로, 탄소(C) : 0.03~0.05%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.15~0.25%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.015% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0.0025~0.0070%, 크롬(Cr) : 0.03~0.09% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강판을 가열하는 가열단계; 가열유지온도 580±5℃, 소둔시간 10±1 시간 동안 유지하는 가열유지단계; 및 상기 가열유지된 강판을 냉각하는 냉각단계;를 포함하는 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법을 제공한다.
본 발명은 중량%로, 탄소(C) : 0.03~0.05%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.15~0.25%, 인(P) : 0.02% 이하, 황(S) : 0.015% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0.0025~0.0070%, 크롬(Cr) : 0.03~0.09% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강판을 가열하는 가열단계; 가열유지온도 580±5℃, 소둔시간 10±1 시간 동안 유지하는 가열유지단계; 및 상기 가열유지된 강판을 냉각하는 냉각단계;를 포함하는 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법에 관한 것으로, 일반재로 사용되기에 적합한 기계적 물성을 가지는 냉연강판의 상자 소둔 열처리 조건을 도출하여 양산 가능한 일반재용 냉연강판 제조를 위한 상자소둔 열처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
냉연 강판(Cold steel sheet)의 소둔열처리 제조공정은 강판을 연속소둔 열처리(Continuous Annealing Line, 이하 CAL)와 상자소둔(Batch Annealing Furnace, 이하 BAF라 함)으로 열처리하는 것으로 크게 나눌 수 있다.
이와 같이 냉연강판을 소둔 열처리하는 목적은 상기 냉연강판의 가공성 향상의 목적도 있지만 가공 후 최종 제품의 기계적 특성을 만족시키기 위해서도 필수적으로 행하고 있다. 이러한 두 가지의 주요 목적에서 행해지는 BAF 소둔열처리 공정특성은 다음과 같다.
상자소둔 열처리 공정은 ① 강판 적재 → ② 분위기 균질화(purging) → ③ 가열(heating) → ④ 가열유지(soaking) → ⑤ 냉각(cooling) → ⑥ 취출 의 과정으로 진행된다.
이러한 과정에서 진행되는 재질측면에서의 특성은 1단계인 회복(Recovery), 2단계인 재결정(Recrystallization), 3단계인 결정립성장(Grain growth)으로 구성된다.
본 발명은 일반재로 사용되는 냉연강판의 기계적 특성을 만족시킬 수 있는 소둔공정상의 가열유지온도와 시간 등의 최적화 조건에 대한 소둔사이클 방안을 구하여 적정 열처리 방법을 강구한 것으로, 상기 BAF소둔 공정의 각각의 과정에 대하여 상세히 설명한다.
먼저 강판을 BAF 로내부의 처리용량과 강종별 및 두께별 그리고 소둔사이클에 적합하게 적재하고 로외곽부를 차폐(shielding)한 후 상온의 분위기가스를 로(furnace) 처리공간(inner-cover)에 투입시켜 환원성 분위기를 조성하고 퍼징(purging)을 행한다. 여기서 분위기가스로는 환원성 분위기 조성을 위하여 보통 질소가스(N2) 또는 수소가스(H2)를 많이 사용하고 있다. 퍼징은 처리공간 내의 산화성 분위기를 제거하여 구상화소둔 처리 후에 발생 되기 쉬운 강판의 산화물 형성을 방지하고 탈탄방지 효과를 갖기 위해 행해지는 전처리 공정이다. 퍼징을 거친 소둔 후의 강판표면은 산화물생성 등이 거의 없으므로 미려하고 깨끗한 특성을 얻을 수 있다.
다음, 상기 강판을 로내에서 가열하기 위하여 가열장치를 가동시켜 적정 가열속도로 목표로 하는 유지온도까지 단계별로 가열한다. 이때 강판의 용도에 적합한 유지온도와 시간을 각각 설정, 유지시킨다. 이후 통상적인 냉각 사이클에 따라 가열장치를 탈취하고 냉각팬과 냉각수가 부착된 냉각장치를 장착 후 가동시켜 탈취 온도까지 냉각시키며 마지막으로 소재를 이동시켜 취출한다.
본 발명의 목적은 인장강도(TS) : 28.7kg/㎟ 이상, 연신율(EL) : 38% 이상, 항복강도(YP) : 20.9~28.0kg/㎟, 경도(HRB) 45~60 의 기계적 물성을 가지는 일반재용 냉연강판과 그 제조방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, 탄소(C) : 0.03~0.05%, 실리콘(Si) : 0% 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.15~0.25%, 인(P) : 0% 초과 0.02% 이하, 황(S) : 0% 초과 0.015% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0.0025~0.0070%, 크롬(Cr) : 0.03~0.09% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강판을 가열하는 가열단계; 가열유지온도 580±5℃, 소둔시간 10±1 시간 동안 유지하는 가열유지단계; 및 상기 가열유지된 강판을 냉각하는 냉각단계;를 포함하는 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법을 제공한다.
상기 상자소둔 열처리 방법은 13±1 시간의 가열단계와, 10±1 시간의 가열유지단계와, 22±1 시간의 냉각단계를 포함하되,
상기 가열단계는 3시간까지 300℃±5℃ 로 가열하고, 9시간까지 510℃±5℃로 가열하고, 13시간까지 570℃±5℃로 가열하며,
상기 냉각단계는 냉각시작 후 3시간까지 500℃±5℃ 로 냉각하고, 7시간까지 390℃±5℃로 냉각하고, 10시간까지 350℃±5℃로 냉각하고, 22시간까지 50℃±5℃로 냉각하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기와 같은 상자소둔 열처리 방법을 이용하여, 중량%로, 탄소(C) : 0.03~0.05%, 실리콘(Si) : 0% 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.15~0.25%, 인(P) : 0% 초과 0.02% 이하, 황(S) : 0% 초과 0.015% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0.0025~0.0070%, 크롬(Cr) : 0.03~0.09% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 인장강도(TS) : 28.6kg/㎟ 이상, 연신율(EL) : 38% 이상의 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 일반재용 냉연강판을 제공한다.
이 때, 상기 냉연강판은 항복강도(YP) : 20.8~28kg/㎟, 경도(HRB) 45~60 의 물성을 가지면 더욱 바람직하다.
본 발명은 상자소둔 열처리 최적 조건을 도출하여, 요구되는 기계적 물성 범위인 인장강도(TS) : 28.6kg/㎟ 이상, 연신율(EL) : 38% 이상, 항복강도(YP) : 20.8~28kg/㎟, 경도(HRB) 45~60 의 기계적 물성을 만족하는 일반재용 냉연 강판을 제공하는 효과를 가져온다.
도 1은 가열유지온도 680℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟(Hot spot)의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 2는 가열유지온도 680℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟(Cold Spot)의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 3은 가열유지온도 660℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 4는 가열유지온도 660℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 5는 가열유지온도 640℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 6은 가열유지온도 640℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 7은 가열유지온도 620℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 8은 가열유지온도 620℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 9는 가열유지온도 610℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 10은 가열유지온도 600℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 11은 가열유지온도 590℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 12는 가열유지온도 580℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 13은 가열유지온도 570℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 14는 가열유지온도 560℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 15는 가열유지온도 550℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 16은 가열유지온도 540℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 17은 가열유지온도 530℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 18은 가열유지온도 530℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 19 내지 도 22는 각각의 열처리 공정을 거친 강판의 조직 사진임.
도 2는 가열유지온도 680℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟(Cold Spot)의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 3은 가열유지온도 660℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 4는 가열유지온도 660℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 5는 가열유지온도 640℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 6은 가열유지온도 640℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 7은 가열유지온도 620℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 8은 가열유지온도 620℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 9는 가열유지온도 610℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 10은 가열유지온도 600℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 11은 가열유지온도 590℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 12는 가열유지온도 580℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 13은 가열유지온도 570℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 14는 가열유지온도 560℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 15는 가열유지온도 550℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 16은 가열유지온도 540℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 17은 가열유지온도 530℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 18은 가열유지온도 530℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 그래프,
도 19 내지 도 22는 각각의 열처리 공정을 거친 강판의 조직 사진임.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명은 표 1과 같은 성분계를 가지는 열연재를 이용하여, 인장강도(TS) : 28.6kg/㎟ 이상, 연신율(EL) : 38% 이상, 항복강도(YP) : 20.8~28kg/㎟, 경도(HRB) 45~60 의 기계적 물성을 만족하는 냉연재를 제조할 수 있는 상자소둔 열처리 조건을 도출하기 위한 것으로, 먼저 성분계에 관하여 살펴본다.
본 발명은, 중량%로, 탄소(C) : 0.03~0.05%, 실리콘(Si) : 0% 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.15~0.25%, 인(P) : 0% 초과 0.02% 이하, 황(S) : 0% 초과 0.015% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0.0025~0.0070%, 크롬(Cr) : 0.03~0.09% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 냉연강판을 이용하여 일반재에서 요구되는 물성을 만족하도록 하는 상자소둔 열처리 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 일반재용 냉연 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.
상기 탄소는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.03 ~ 0.05 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 탄소의 함량이 0.03 중량% 미만일 경우 강도 보충을 위하여 첨가되는 다른 합금원소에도 불구하고 일정수둔 이상의 인장강도를 확보하기 어려우며, 탄소의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우 인성이 상대적으로 크게 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(Si)
실리콘은 강도 확보에 기여하며, 특히, 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
상기 실리콘은 고유의 탈산 효과 및 표면 품질 등을 고려할 때 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.03 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우 강의 용접후 도금성을 저해할 수 있으며, 열간압연 시에 적 스케일(red scales)을 생성시킴으로써 표면 품질을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 고용강화 원소로써 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도 확보에 효과적인 원소이다. 또한 망간은 오스테나이트 안정화 원소로서, 페라이트, 펄라이트 변태를 지연시킴으로써 페라이트 결정립 미세화에 기여한다.
상기 망간은 강도 향상 효과 및 중심 편석 유발 등을 고려할 때 본 발명에 따른 고장력 강판 전체 중량의 0.15 ~ 0.25 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 0.15 중량% 미만일 경우 고용강화 효과가 미미하고, 반대로 망간의 첨가량이 0.25 중량%를 초과하면 용접성이 크게 저하되며, 아울러 MnS 개재물 생성 및 중심 편석(center segregation) 발생에 의하여 강의 연성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.
인(P)
인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다.
그러나, 인은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 되므로, 상기 인(P)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.02 중량% 이하의 범위 내에서 제한적으로 첨가되는 것이 바람직하다.
황(S)
황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다.
따라서, 황(S)의 함량은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.015 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al)
가용성 알루미늄(Al)은 탈산재로 사용되는 동시에 실리콘(Si)과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하는 원소로써, 열연 강판의 결정립계와 탄화물을 미세하게 만들기 때문에 강 중의 불필요한 고용 질소(N)를 AlN으로 석출시켜 강도를 상승시킨다.
알루미늄(Sol.Al)은 본 발명의 강 전체 중량의 0.02 ~ 0.06 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 알루미늄(Sol.Al)의 함량이 0.02 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 오스테나이트 안정화 효과가 미미할 수 있고, 반대로 알루미늄(Al)의 함량이 0.06 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 제강시 노즐 막힘, 주조시 Al 산화물 등에 의하여 열간 취성과 연성이 저하될 수 있다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 경화능 향상 원소로 첨가되어, 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 크롬은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.03 ~ 0.09 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬의 함량이 0.03 중량% 미만일 경우 크롬 첨가에 따른 경화능 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 함량이 0.09 중량%를 초과할 경우 인성이 급격히 저하될 수 있는 문제가 있다.
상술한 바와 같은 조성을 가지는 열연재를 총 18가지의 조건으로 상자소둔 열처리를 수행한후, 기계적 물성을 평가하였다.
상자소둔 열처리 싸이클은 45시간 싸이클을 사용하였으며, 가열유지 온도와 가열 유지시간에 변화를 주어 실험하였다.
도 1 내지 도 18은 18가지 상자소둔 열처리 공정 조건을 나타낸 그래프이다.
도 1은 가열유지온도 680℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 1을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다. 여기서의 각각의 단계에서 오차범위는 ±1시간 정도 허용될 수 있다.
먼저 가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 610℃로 가열하고(step2), 13시간까지 670℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 680℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 600℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 450℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 1은 핫 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 2는 가열유지온도 680℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 2을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~4), 10시간의 유지단계(step5), 그리고 22시간의 냉각단계(step6~8)로 이루어진다.
먼저 가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 2시간 까지 60℃로 가열하고(step 1), 5시간까지 245℃로 가열하고(step2), 9시간까지 445℃로 가열하고(step3), 13시간까지 570℃로 가열하는(step4) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 640℃의 온도를 유지한 후(step5), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 6시간까지 550℃ 로 냉각하고(step6), 11시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 2는 콜드 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 3은 가열유지온도 660℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 3을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
먼저 가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 590℃로 가열하고(step2), 13시간까지 650℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 660℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 580℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 440℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 3은 핫 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 4는 가열유지온도 660℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 4을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~4), 10시간의 유지단계(step5), 그리고 22시간의 냉각단계(step6~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 2시간 까지 60℃로 가열하고(step 1), 5시간까지 225℃로 가열하고(step2), 9시간까지 425℃로 가열하고(step3), 13시간까지 550℃로 가열하는(step4) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 620℃의 온도를 유지한 후(step5), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 6시간까지 530℃ 로 냉각하고(step6), 11시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 4는 콜드 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 5는 가열유지온도 640℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 5를 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
먼저 가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 570℃로 가열하고(step2), 13시간까지 630℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 640℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 560℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 430℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 5는 핫 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 6은 가열유지온도 640℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 6을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~4), 10시간의 유지단계(step5), 그리고 22시간의 냉각단계(step6~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 2시간 까지 60℃로 가열하고(step 1), 5시간까지 215℃로 가열하고(step2), 9시간까지 405℃로 가열하고(step3), 13시간까지 530℃로 가열하는(step4) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 600℃의 온도를 유지한 후(step5), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 6시간까지 510℃ 로 냉각하고(step6), 11시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 6은 콜드 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 7은 가열유지온도 620℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 7을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 550℃로 가열하고(step2), 13시간까지 610℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 620℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 540℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 420℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 7은 핫 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 8은 가열유지온도 620℃ 가열유지시간 10시간인 경우 온도편차(△T):40℃ 인 콜드 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 6을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~4), 10시간의 유지단계(step5), 그리고 22시간의 냉각단계(step6~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 2시간 까지 60℃로 가열하고(step 1), 5시간까지 210℃로 가열하고(step2), 9시간까지 390℃로 가열하고(step3), 13시간까지 510℃로 가열하는(step4) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 580℃의 온도를 유지한 후(step5), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 6시간까지 490℃ 로 냉각하고(step6), 11시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 8은 콜드 스팟 지점을 기준으로 시뮬레이션 한 것으로, 세팅 온도가 시뮬레이터 상에서 설정된 온도를 나타낸 것이고, 실제 온도는 열처리 기준온도를 나타낸 것이다.
도 9는 가열유지온도 610℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 9를 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 540℃로 가열하고(step2), 13시간까지 600℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 610℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 530℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 410℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
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도 10은 가열유지온도 600℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 10을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 530℃로 가열하고(step2), 13시간까지 590℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 600℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 520℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 400℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 11은 가열유지온도 590℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 11을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 520℃로 가열하고(step2), 13시간까지 580℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 590℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 510℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 12는 가열유지온도 580℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 12를 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 510℃로 가열하고(step2), 13시간까지 570℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 580℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 500℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 13은 가열유지온도 570℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 13을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 500℃로 가열하고(step2), 13시간까지 560℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 570℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 490℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 14는 가열유지온도 560℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 14를 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 490℃로 가열하고(step2), 13시간까지 550℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 560℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 480℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 15는 가열유지온도 550℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 15를 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 480℃로 가열하고(step2), 13시간까지 540℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 550℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 470℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 16은 가열유지온도 540℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 16을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 470℃로 가열하고(step2), 13시간까지 530℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 540℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 460℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 17은 가열유지온도 530℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 17을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 460℃로 가열하고(step2), 13시간까지 520℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 530℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 450℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
도 18은 가열유지온도 530℃ 가열유지시간 10시간인 경우 핫 스팟의 공정조건을 나타낸 것이다.
도 18을 살펴보면, 전체 열처리 공정은 45시간 싸이클로 이루어지며, 13시간의 가열단계(setp1~3), 10시간의 유지단계(step4), 그리고 22시간의 냉각단계(step5~8)로 이루어진다.
가열단계를 살펴보면, 가열 시작 후 3시간 까지 300℃로 가열하고(step 1), 9시간까지 450℃로 가열하고(step2), 13시간까지 510℃로 가열하는(step3) 방식으로 이루어진다. 여기서 각각의 온도는 ±5℃ 범위의 오차를 가질 수 있다.
유지단계에서 10시간 동안 520℃의 온도를 유지한 후(step4), 22시간의 냉각단계가 진행된다.
냉각단계는, 냉각시작 후 3시간까지 440℃ 로 냉각하고(step5), 7시간까지 390℃로 냉각하고(step6), 10시간까지 350℃로 냉각하고(step7), 22시간까지 50℃로 냉각하는(step8) 방식으로 이루어진다.
표 1은 상기와 같은 18가지 상자소둔 열처리 공정을 거친 강판의 물성 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 19 내지 도 22는 각각의 열처리 공정을 거친 강판의 조직 사진을 나타낸 것이다. 조직의 사진을 살펴보면, 미세조직은 팬 케이크(Pan-cake) 조직을 나타내었다.
표 1의 결과를 살펴보면, 가열유지온도가 낮아질 수록 항복강도와 인장 강도는 상승하고, 연신율과 가공경화 지수는 낮아지고, 경도는 높아지는 것을 알 수 있다.
본 발명은 일반재용 냉연강판을 양산하기 위한 최적의 상자소둔 열처리 공정 조건을 도출하기 위한 것인데, 일반재용 냉연강판은 인장강도(TS) : 28.6kg/㎟ 이상, 연신율(EL) : 38% 이상, 항복강도(YP) : 20.8~28kg/㎟, 경도(HRB) 45~60 의 기계적 물성을 요구한다.
이러한 범위를 만족하는 상자소둔 열처리 공정은 가열유지온도 580℃, 가열유지시간 10시간의 경우이다.
가열유지온도가 590℃ 이상인 경우는 항복강도가 낮은 문제점을 나타냈으며,
가열유지온도가 570℃ 이하인 경우는 연신율이 낮은 문제점을 나타냈다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Claims (6)
- 중량%로, 탄소(C) : 0.03~0.05%, 실리콘(Si) : 0% 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.15~0.25%, 인(P) : 0% 초과 0.02% 이하, 황(S) : 0% 초과 0.015% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0.0025~0.0070%, 크롬(Cr) : 0.03~0.09% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강판을 가열하는 가열단계;
가열유지온도 580±5℃, 소둔시간 10±1 시간 동안 유지하는 가열유지단계; 및
상기 가열유지된 강판을 냉각하는 냉각단계;를 포함하는 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가열단계는 13±1 시간 동안 실시되고, 상기 냉각단계는 22±1 시간 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 가열단계는
3시간까지 300℃±5℃ 로 가열하고, 9시간까지 510℃±5℃로 가열하고, 13시간까지 570℃±5℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 냉각단계는
냉각시작 후 3시간까지 500℃±5℃ 로 냉각하고, 7시간까지 390℃±5℃로 냉각하고, 10시간까지 350℃±5℃로 냉각하고, 22시간까지 50℃±5℃로 냉각하는 것을 특징으로 하는 일반재용 냉연강판의 상자소둔 열처리 방법.
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