KR101560922B1

KR101560922B1 - 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101560922B1
Application number: KR1020130157958A
Authority: KR
Inventors: 손창영; 구진모; 장제욱; 김동균; 이재곤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: KR20150071210A

Abstract

본 발명은 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.5%이하, Al: 12~18%, Ti: 0.1~2.0%, Cu: 0.3~1.0%, Cr: 5초과~12%, Ni: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~3.0%, Mo: 0.02~1%, Nb: 0.05~1%, S: 0.01%이하, P: 0.02%이하, N: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 역위상 경계 에너지(Anti-phase Boundary Energy)가 70mJ/m²이하인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, B2, DO3과 같은 규칙상과 BCC 상간의 정합성을 향상시킴과 동시에 카바이드 석출물의 생성을 억제시킴으로써 저융점 원소인 Al을 12%이상 첨가하더라도 열간압연시 크랙이 발생하지 않아 우수한 생산성을 가지며, 높은 연성과 저비중을 갖고, 황산분위기에서 우수한 내식성을 갖는 강판을 제공할 수 있다.

Description

우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판 및 그 제조방법{LIGHTWEIGHT HOT ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT HOT ROLLING AND CORROSION RESISTANCE PROPERTIES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 경량화를 위해 자동차용 강재에 Al을 다량 첨가하게 되면 제조과정 중 냉각공정에서 Fe와 Al의 융점차이로 인해 응고시 미세 편석이 발생하게 된다. 이로 인해, 주조조직의 위치에 따라 첨가원소의 성분함량 차이가 발생하여 열간압연성이 저하되고, 결국 판재 제조시 판파단을 유발하여 판재의 생산을 매우 어렵게 한다.

이외에도 강중 Al의 함량을 증가시킬 경우, 상온에서는 BCC 및 규칙상(B2, DO3)이 안정화되어 상온에서 상간 정합성이 낮아져 연성이 저하된다. 따라서, 자동차용 강재의 경량화를 위해서는 강중 Al 함량을 높여야 하지만 열간압연성 및 상온성형성의 문제로 인해 Al의 함량 증가를 통한 경량화에는 한계가 있는 실정이다. 도 1은 Fe-Al계 상태도이며, 도 1을 통해 Al 첨가에 따른 결정구조를 확인할 수 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 미량의 Al을 첨가하여도 BCC가 안정화되고, 상온에 가까운 낮은 온도에서는 Al 함량이 10중량%이상이 되면 B2, DO3 규칙상이 형성되는 것을 알 수 있다. 즉, Al 첨가시에는 BCC와 B2, DO3 규칙상의 형성으로 인해 취성이 매우 높아지게 되며, 또한, BCC와 B2, DO3 상간의 역위상(Anti-phase) 경계에서 그 정합성이 낮아짐에 따라 연성이 매우 저하되어 소성변형이 어렵게 된다.

또한, 최근 환경오염 등 가혹한 사용환경에 의하여 자동차 소재의 경우 내식성에 대한 요구가 높아져 STS409L등 저원가 소재에 대한 개발이 진행되고 있으나, 경량화에 대한 고려는 포함되어 있지 않으며, 타 STS소재대비 원가가 저렴하나 고가인 Cr의 사용에 대한 원가부담은 여전히 안고 있다.

한편, 강중 Al의 함량이 높아지는 경우에 발생하는 상온연성 저하 문제를 개선하기 위한 종래의 대표적인 기술로는 특허문헌 1이 있다. 상기 기술은 FCC 안정화 원소인 Mn을 10~20중량%, C를 0.5~1.0중량% 첨가함과 동시에 Al의 첨가량을 2.5~5중량%로 제어함으로써 적층결함 에너지를 향상시켜 오스테나이트 단상의 안정성을 도모하여 7.6g/cm³ 이하의 비중과 70%이상의 균일 연신율을 갖는 강판의 제조방법에 관한 것이나, 900℃이상에서 열간압연한 후 1000℃이상 구간에서 균질화 처리를 실시하고, 냉간압연후에 1000℃이상에서 용체화처리 후 급냉하는 복잡한 프로세스를 이용하고 있을 뿐만 아니라, Al 첨가에 의한 경량화 효과가 7.5%이하로서 경량화 효과가 낮다는 단점이 있다.

다른 기술로는 특허문헌 2가 있는데, 상기 기술은 Fe-Al계 경량강을 제조함에 있어서, FCC 및 기타상을 활용하지 않고 첨가성분 및 제조방법을 조절하여, S 및 P를 극저화하고 미세 탄질화물을 활용해 세립화를 도모하여 강판의 취약화 거동을 억제하는 것과 동시에 Fe-Al의 금속간 화합물의 석출을 적극 억제하여 연성, 열간가공성 및 냉간가공성을 큰폭으로 개선하는 것에 관한 것이다. 그러나, 상기 기술은 BCC와 B2, DO3 상간의 역위상(Anti-phase) 경계에서 그 정합성을 개선하기 보다는 B2, DO3를 냉각 및 제조조건을 통해 적극 억제하고자 하는 것이며, 특히 상온에서의 내식성에 대해서는 고려하고 있지 않다.

또 다른 기술로는 비특허문헌 1이 있는데, 상기 기술은 듀플렉스(duplex)나 트리플렉스(triplex)상을 구성하는 방법으로서, 0.5~2중량%의 C와 18~35중량%의 Mn, 그리고 8~12중량%의 Al을 첨가하는 기술이다. 상기 기술의 경우, Al의 함량이 10%이상으로 높은 수준이나, 제조 방법에 있어서, 1150℃에서 25분간 열처리 후 60%이상의 냉간압연을 실시한 후에 다시 1050℃에서 25분간 재결정을 일으킨 뒤 수냉을 통해 급냉하고, 800~1100℃에서 시효처리(aging)한 후에 수냉하는 매우 복잡한 공정을 개시하고 있는 바, 인장강도가 1500MPa이상, 연성이 48%이상 확보된다고 하여도 상용화하는 것은 매우 어렵다는 단점이 있다.

상기 기술들 이외에 Fe-Al계 저비중강 개발에 있어서 Mn 등의 FCC 안정화 원소를 활용하지 않고, 원소의 첨가를 통하여 Anti-phase 경계의 정합성을 개선하여 연성을 개선할 수 있다는 연구결과로서 비특허문헌 2가 있으나, 상기 기술은 Cr 첨가시에 발생하는 주조성의 저하와 제강, 열간압연 문제 등에 대한 고려를 하고 있지 않다.

전술한 기술들은 모두 제조공정이 매우 복잡하여 상용화가 현실적으로 어렵고, 일부 기술에서는 고가 원소인 Mn의 사용에 의한 원가상승에 대한 부담을 안고 있으며, 내식성에 대한 고려를 하고 있지 않다.

한편, 자동차용 소재에서의 내식성을 고려한 기술로는 특허문헌 3이 있는데, 상기 기술은 저원가 자동차 내식성 소재로 각광받고 있는 400계 STS의 내식성을 향상시키면서 저원가를 달성하고자 시도하고 있으나, 공식 등의 문제로 사용이 제한되어 있으며, 특히 경량화에 대한 고려를 하고 있지 못하고 있다.

한국 공개특허공보 제2011-0115651호 일본 공개특허공보 특개2003-354060호 한국 공개특허공보 제2013-0074219호

[G. Frommeyer and U. Brux: "Microstructures and mechanical properties of high-strength Fe-Mn-Al-C light-weight TRIPLEX steels" Steel Res. Int., 77 (2006), No.9-10, pp.627-633] [K. Yoshimi, H. Terashima, l, S. Hanada : "Effect of APB type on tensile properties of Cr added Fe3Al with DO3 structure", Materials Science and Engineering A194 (1995) 53-61]

본 발명은 합금조성 및 제조조건의 제어를 통해 저비중, 고연성 및 우수한 내식성을 확보할 수 있는 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.5%이하, Al: 12~18%, Ti: 0.1~2.0%, Cu: 0.3~1.0%, Cr: 5초과~12%, Ni: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~3.0%, Mo: 0.02~1%, Nb: 0.05~1%, S: 0.01%이하, P: 0.02%이하, N: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 역위상 경계 에너지(Anti-phase Boundary Energy)가 70mJ/m²이하인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판을 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.5%이하, Al: 12~18%, Ti: 0.1~2.0%, Cu: 0.3~1.0%, Cr: 5초과~12%, Ni: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~3.0%, Mo: 0.02~1%, Nb: 0.05~1%, S: 0.01%이하, P: 0.02%이하, N: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 주조하여 강괴를 얻은 뒤, 상기 강괴를 1100~1250℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 강괴를 800~1250℃에서 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 공냉하는 단계를 포함하며, 상기 용강은 주조시 고상과 액상이 공존하는 온도구간의 크기가 150℃이하인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, B2, DO3과 같은 규칙상과 BCC 상간의 정합성을 향상시킴과 동시에 카바이드 석출물의 생성을 억제시킴으로써 저융점 원소인 Al을 12%이상 첨가하더라도 열간압연시 크랙이 발생하지 않아 우수한 생산성을 가지며, 높은 연성과 저비중을 갖고, 황산분위기에서 우수한 내식성을 갖는 강판을 제공할 수 있다.

도 1은 Fe-Al계 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1의 열연강판을 관찰한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1의 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 2의 열연강판을 관찰한 사진이다.
도 5는 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 2의 미세조직을 관찰한 사진이다.

본 발명자들은 경량 열연강판을 제조함에 있어, 열간압연시 크랙 발생 및 판파단 문제를 해결하기 위하여 연구를 수행하던 중, 고온 석출상이 열간압연성을 저하시키는 주요 인자가 될 뿐만이 아니라, 원소간 융점차이에 의한 미세 편석(micro-segregation)에 의하여 냉각과정에서 강괴의 위치별 성분함량 차이가 발생하고, 이로 인하여 열간압연성이 크게 저하되므로 주조시 고상과 액상의 공존구간 온도범위가 열간압연성의 주요한 인자 중의 하나임을 확인하게 되었다.

이에 본 발명자들은 열역학 데이터 베이스를 활용하여 미세 편석(micro-segregation)을 저감시킬 수 있도록 주조시 고상과 액상 공존구간을 150도 이하으로 줄일 수 있는 성분계를 검토하는 과정에서, Ti를 적정량 첨가할 경우 주조시 고상과 액상의 공존온도 구간을 좁혀 열간압연성을 향상시킬 수 있으며, Ti/C를 3이상으로 제어할 경우, 고온에서 석출되어 압연성을 저하시키는 카파 카바이드 상을 억제할 수 있음을 확인하였다.

또한, 본 발명자들은 Al의 다량 첨가시 발생하는 규칙상의 안정화에 의한 상간 정합성 저하 및 석출물의 형성으로 인해 연성이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여 연구를 수행하던 중, 적정량의 Cr과 Cu를 첨가하는 경우 규칙상과 BCC간의 상간 정합성이 향상될 뿐만 아니라, 카파 카바이드의 형성 또한 억제되어 강재의 연성이 향상됨을 인지하고 본 발명에 적용하였다.

더불어, 경량화를 위해 첨가한 Al과, 상온 연성 확보를 위해 첨가한 Cr과 Cu가 적정량으로 제어될 경우 내식성 또한 향상시킬 수 있으며, Mo 및 Nb의 첨가를 통해 미세한 탄화물을 분포시킴으로써 결정립의 크기를 감소시켜 강도를 크게 향상시킬 수 있음을 인지하고 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명을 설명한다.

C: 0.5중량%이하

C는 탄소강 성분계에서 강의 강도 확보를 위하여 필수적인 원소이나, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 카바이드 석출물을 지나치게 형성하게 되어 석출물과 상간의 정합성을 낮춰 열간압연성 및 상온연성이 저하되며, 또한 입내 강도를 급격히 증가시켜 연성을 감소시킨다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.5중량%이하의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 C는 0.45중량%이하의 범위인 것이 보다 바람직하며, 0.4중량%이하의 범위인 것이 보다 더 바람직하다.

Al: 12~18중량%

Al은 경량화 및 강도 향상을 목적으로 첨가되지만, 상기 Al은 Fe, Mn 및 C와 결합하여 카파(κ) 카바이드 석출물([Fe, Mn]₃AlC)을 형성하거나 Fe내에 고용되어 Fe-Al 규칙상인 B2/DO3상을 형성하는 원소이다. 상기 Al은 Fe내 용해도가 경량원소 중 Mg나 Ti에 비하여 매우 높아 경량화 원소로써 효율적으로 활용이 가능하며, 이를 효과적으로 이용하기 위해서는 12중량%이상 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, 강중에 Al은 공기중에 노출될 경우 산소와 결합하여 Al₂O₃ 부동태 피막을 형성하여 황산 분위기에서의 내식성을 증가시키는 유용한 특성을 보인다. 다만, 18중량%를 초과하는 경우에는 규칙상에 의한 연성 감소 문제가 심각해지기 때문에, 상기 Al은 12~18중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Ti: 0.1~2.0중량%

Ti는 열간압연성 향상과 상온연성 향상을 목적으로 첨가된다. 상기 Ti는 용해 후 냉각과정에서 고상과 액상이 공존하는 구간을 적정온도(150도)이하로 줄여 열간압연시 크랙이 발생하지 않게 하며, 또한, 고온에서 석출되어 열간압연성을 저하시키는 카파 카바이드를 억제하는 역할을 한다. 나아가, 석출물의 형성을 통해 결정립을 미세화시켜 강도를 향상시킨다. 이러한 효과를 위해 상기 Ti는 0.1중량%이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, Ti가 2.0중량%를 초과하는 경우에는 라베스 상(Laves Phase)이라는 또 다른 규칙상을 형성하여 상온연성과 열간압연성을 저하시키므로, 상기 Ti는 0.1~2.0중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Ti는 0.5~2.0중량%의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 1.0초과~2.0중량%의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.

Cu: 0.3~1.0중량%

Cu는 상온연성 향상과 내식성 향상을 목적으로 첨가된다. 상기 Cu는 상온에서 BCC 및 규칙상(B2, DO3)간의 역위상(Anti-phase)경계에서 정합성을 높여 상온연성을 향상시키며 황산분위기에서의 내식성을 크게 향상시키는 원소로서, 상기 효과를 위해서는 0.3중량%이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 1.0중량%를 초과하는 경우에는 정출되어 슬라브의 코너 등에 크랙을 유발시켜 열간압연후에 표면결함으로 잔존하여 가공시 판파단 등의 문제를 발생시킬 뿐만 아니라 비용 상승을 유발하게 되므로, 상기 Cu는 0.3~1.0중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Cr: 5초과~12중량%

Cr은 Cu와 유사하게 상온연성 향상과 내식성 향상을 목적으로 첨가된다. 상기 Cr은 상온에서 BCC 및 규칙상(B2, DO3)간의 역위상(Anti-phase)경계에서 정합성을 높여 상온연성을 향상시키며, 공기중에 노출될 경우 산소와 결합하여 Cr₂O₃와 같은 부동태 피막을 형성하여 황산 분위기에서의 내식성을 증가시키는 유용한 특성을 보인다. 상기 효과를 위하여 상기 Cr은 5%초과의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 다만, 12%를 초과하는 경우에는 열간압연성이 저하되고 연신율 및 충격인성이 저하되므로, 상기 Cr은 5초과~12중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Cr은 보다 바람직하게는 6%초과~12%이하, 보다 더 바람직하게는 6%초과~11%미만의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.

Ni: 0.1~0.5중량%

Ni는 열간압연성 향상을 위한 목적으로 첨가되며, 상기 효과를 위해 상기 Ni는 0.1중량%이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 Ni₃Al와 같은 규칙상을 형성할 가능성을 높여 열간압연성 및 상온연성을 저해할 수 있으므로, 상기 Ni의 함량은 0.1~0.5 중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Mn: 0.5~3.0중량%

Mn은 통상 강중 고용 황을 망간황화물로 석출하여 황에 의한 적열취성을 방지하기 위해 첨가한다. 따라서, 상기 Mn은 불순물로 함유되는 S의 함량을 고려하여 0.5중량%이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 3.0중량%를 초과하는 경우에는 강도가 너무 높아 가공성이 저하되므로, 상기 Mn의 함량은 0.5~3.0중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Mo: 0.02~1중량%

Mo는 페라이트역 확장 원소이면서 미세한 탄화물을 형성시키는 원소이다. 상기 미세한 탄화물은 냉각과정에서 형성되며, BCC 및 규칙상(B2, D03)의 결정립 성장을 억제시킴으로써 미세한 조직을 확보할 수 있게 한다. 또한, 상기 Mo는 고용강화를 통해 강도를 효과적으로 향상시키는 역할을 한다. 상기 효과를 위해, 상기 Mo는 0.02중량%이상인 것이 바람직하나, 1중량%를 초과하는 경우에는 강의 연성을 저하시킬 뿐만 아니라 경제성을 저해하므로, 상기 Mo는 0.02~1중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Nb:0.05~1중량%

Nb는 결정립 미세화를 위한 목적으로 첨가된다. Ti과 함께 미세한 탄화물을 형성시키며 BCC 내에서의 확산속도가 빨라 적은 양으로도 결정립의 미세화가 가능하다. 또한, 탄화물에 의한 석출강화를 통해 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 상기 효과를 위해, 상기 Nb는 0.05중량%이상의 범위를 갖는 것이 바람직하나, 1중량%를 초과하는 경우에는 고온에서 열간압연시 압연 하중을 현저히 증가시키므로, 상기 Nb는 0.05~1중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

S: 0.01중량%이하

S는 제조공정상에서 불가피하게 함유되는 불순물로서, 가능한 낮게 함유되는 것이 바람직하며, 0.01중량%를 초과하는 경우에는 경우 열간취성에 의한 결함발생 가능성이 매우 높기 때문에, 상기 S의 함량은 0.01중량%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

P: 0.02중량%이하

P는 제조공정상에서 불가피하게 함유되는 불순물로서, 가능한 낮게 함유되는 것이 바람직하며, 0.02중량%를 초과하는 경우에는 열간압연성과 황산 내식성이 크게 저하되므로, 상기 P의 함량은 0.02중량%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

N: 0.01중량%이하

N은 제조공정상에서 불가피하게 함유되는 불순물로서, 가능한 낮게 함유되는 것이 바람직하며, 0.01중량%를 초과하는 경우에는 석출물의 수가 많아져서 연성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있고, AlN등 고온석출물을 형성하여 열간압연성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 N의 함량은 0.01중량%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 경량 열연강판은 상기 제안되는 합금성분 중 Ti와 C의 비(Ti/C)가 3이상인 것이 바람직하다. 상기와 같이 Ti와 C의 비를 3이상으로 제어함으로써 카파 카바이드 등 고온석출물의 생성을 억제하는 것을 통해 열간압연성을 확보할 수 있다. 또한, Ni와 Cu의 비(Ni/Cu)는 0.3이상인 것이 바람직한데, 이를 통해, 저융점 원소인 Cu를 첨가하는 경우 발생할 수 있는 열간압연성 저하 문제 해결할 수 있다. 만일, 상기 Ti/C와 Ni/Cu는 각각 3 및 0.3 미만일 경우에는 열간압연성이 저하되어 열간압연공정을 수행하는 것이 곤란할 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 Ti/C와 Ni/Cu가 각각 3 및 0.3 이상을 만족하면, 본 발명이 얻고자 하는 효과를 얻을 수 있으므로, 그 상한에 대해서 특별히 한정하지 않는다.

본 발명이 제안하는 경량 열연강판은 역위상 경계 에너지(Anti-phase Boundary Energy)가 70mJ/m²이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이를 통해, BCC 및 규칙상(B2/DO3)간의 정합성을 높여 우수한 열간압연성 및 상온연성을 확보할 수 있으며, 만일 상기 역위상 경계 에너지가 70mJ/m²를 초과하는 경우에는 열간압연성 및 상온연성을 확보하기 곤란하다.

본 발명의 경량 열연강판은 결정립의 평균 크기가 20㎛이하인 것이 바람직한데, 상기 결정립의 평균 크기가 20㎛를 초과할 경우에는 강도가 저하되어 600MPa이상의 인장강도를 확보하기 어렵다. 따라서, 상기 결정립의 평균 평균 크기는 20㎛이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명의 경량 열연강판은 크랙이 형성되지 않거나 만일 크랙을 갖더라도 상기 크랙이 0.5mm미만의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 크랙이 형성되지 않거나 크랙의 크기가 0.5mm미만일 경우에는 최종 목표 두께까지 압연이 가능하나, 만일 크랙의 크기가 0.5mm 이상일 경우에는 판파단이 발생하여 열간압연 진행이 불가능할 수 있다. 상기 크랙은 0.3mm이하의 크기를 갖는 것이 보다 바람직하며, 0.1mm이하의 크기를 갖는 것이 보다 더 바람직하다. 가장 바람직하게는 크랙이 발생하지 않는 것이다.

전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 경량 열연강판은 전술한 바와 같은 합금조성의 제어를 통해 일반 탄소강(비중: 7.83g/cm³) 대비 약 18%이상의 경량화율을 갖는 6.4g/cm³이하의 낮은 비중과 600MPa이상의 인장강도 및 8%이상의 연신율을 확보함으로써 우수한 강도와 연성뿐만 아니라 경량화가 요구되는 자동차용 재료 등에 바람직하게 이용이 가능하다. 또한, 50부피%의 황산수용액에서의 부식량이 30mg/cm²/hr이하로서 매우 우수한 내식성을 확보하는 것이 가능하여 가혹한 환경에서도 안전하게 사용이 가능하다.

이하, 본 발명 경량 열연 강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

우선, 전술한 합금조성을 갖는 용강을 준비한 뒤, 상기 용강을 주조하여 강괴를 얻는다. 이 때, 상기 용강은 주조시 고상과 액상이 공존하는 온도구간의 크기가 150℃이하의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고상과 액상이 공존하는 온도구간의 크기를 가능한 좁게 제어함으로써 고온 석출상인 카파 카바이드의 형성이나 원소간 융점차이에 의한 미세 편석(micro-segregation)의 형성을 억제하여 열간압연성을 향상시킬 수 있다.

이후, 상기 강괴를 1100~1250℃로 가열하는 것이 바람직한데, 상기 가열온도가 1100℃미만일 경우에는 압연종료온도가 지나치게 낮아 규칙상이 형성되거나 압연성이 매우 나빠지는 문제가 발생할 수 있고, 1250℃를 초과하는 경우에는 조업비용이 상승할 뿐만 아니라 Al의 부분 용융에 따른 액체금속취화 현상이 발생할 가능성이 높아지는 단점이 있다. 따라서, 상기 가열온도는 1100~1250℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

이후, 상기 가열된 강괴를 800~1250℃에서 열간압연하여 열연강판을 얻는다. 상기 열간압연온도가 800℃미만일 경우에는 열간압연성이 저하된다는 단점이 있으며, 1250℃를 초과하는 경우에는 Al의 융점이 낮아 입계편석 등이 발생하여 압연성이 오히려 저하될 수 있다. 따라서, 상기 열간압연온도는 800~1250℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 열연강판을 공냉함으로써, 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.

(실시예)

진공 유도 용해를 통해 하기 표 1에 기재된 합금조성을 갖는 용강을 준비한 뒤, 이 용강을 주조하여 두께 60mm, 폭 175mm인 강괴를 얻었다. 이 때, 상기 용강의 주조시 액상과 고상이 공존하는 온도구간의 크기는 하기 표 1과 같았다. 이어서, 상기 강괴를 1250℃에서 1시간 동안 재가열한 뒤, 1100℃에서 열간압연을 실시하고 공냉함으로써 5mm의 두께를 갖는 열연강판을 제조하였다. 이와 같이 제조된 열연강판에 대하여 역위상 경계 에너지(Anti-phase Boundary Energy) 및 카파 카바이드의 형성 유무를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 열간압연시 압연성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 압연이 성공하여 목표 두께까지 열간압연된 강판에 대해서 인장시편으로 가공한 뒤, 인장시험을 통해 인장강도 및 연신율을 측정하고, 결정립의 평균 크기를 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 시편들에 대해서 비중을 측정한 뒤, 7.83g/cm³의 비중을 갖는 일반 탄소강과 비교하여 경량화율을 계산하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었으며, 내식성을 평가하기 위하여 ASTM(미국재료시험학회)-G31 규정에 따라 시편을 제작한 뒤, 50부피%의 황산수용액에서 1시간 침지하여 부식량을 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 한편, 상기 압연성 평가는 하기와 같은 기준으로 이루어졌다.

<압연성 평가>

○: 열간압연 시에 양분 내지 사분이 발생하지 않으며, 판의 표면 및 에지부의 크랙 발생이 존재하지 않아 최종 압연 두께 시편 확보가 가능한 경우

△: 열간압연 시에 내부 수축공에 의하여 양분 내지 사분이 발생하거나, 판의 표면 및 에지부에 크랙이 발생하지만, 판의 최종 목표 두께의 1/10인 0.5mm미만의 크기를 갖는 크랙이 발생하여 최종 목표두께까지 압연이 가능한 경우(인장시편 제조 가능)

×: 열간압연 시에 양분 내지 사분이 발생하고, 판의 표면 및 에지부의 크랙크기가 판의 최종 목표 두께의 1/10인 0.5mm 이상이 되어 열간압연 진행이 불가능한 경우(인장시편 제조 불가능)

구분	합금조성(중량%)
구분	C	Al	Ti	Cu	Cr	Ni	Mn	Mo	Nb	S	P	N	Ti/C	Ni/Cu
발명예1	0.08	14.8	0.73	0.71	8.9	0.29	1.1	0.12	0.31	0.0047	0.0051	0.0055	9.13	0.41
발명예2	0.11	12.3	0.71	0.68	9.1	0.31	1.3	0.05	0.11	0.0053	0.005	0.0062	6.45	0.46
발명예3	0.09	12.1	0.33	0.71	9.2	0.32	2	0.02	0.19	0.0043	0.005	0.0064	3.67	0.45
발명예4	0.1	16.3	0.69	0.91	11.6	0.44	1.1	0.22	0.21	0.0056	0.0052	0.0072	6.9	0.63
발명예5	0.23	14.9	0.68	0.7	7.8	0.41	0.6	0.06	0.3	0.0043	0.0065	0.0058	2.96	0.45
발명예6	0.39	14.3	1.49	0.38	8.4	0.13	0.9	0.42	0.51	0.0049	0.0061	0.0062	3.82	0.34
발명예7	0.12	14.1	0.52	0.69	8.9	0.32	0.9	0.12	0.9	0.0056	0.0068	0.0073	4.33	0.46
비교예1	0.12	15.1	0.7	0.71	8.2	0.32	1.2	-	-	0.0076	0.0055	0.0068	5.83	0.45
비교예2	0.52	14.3	1.51	0.74	8.4	0.43	1	-	-	0.0075	0.0058	0.0037	2.9	0.58
비교예3	0.11	14.3	0.35	0.32	9.2	0.13	0.8	-	-	0.0052	0.0054	0.0067	3.18	0.41
비교예4	0.03	15.1	0.12	0.75	8.5	0.4	1.3	-	-	0.0067	0.004	0.0058	4	0.53
비교예5	0.09	14.2	0.68	0.28	8.1	0.31	1.8	-	-	0.0056	0.0054	0.0065	7.56	1.11
비교예6	0.1	15.1	0.72	0.71	8.3	0.29	1.2	0.01	0.02	0.0053	0.0057	0.0057	7.2	0.41
비교예7	0.09	15.3	0.68	0.71	8.1	0.34	1.1	0.01	0.21	0.0048	0.0052	0.0071	7.56	0.48
비교예8	0.1	15.2	1.75	0.7	7.8	0.31	0.9	0.15	1.48	0.007	0.0062	0.0059	17.5	0.44
비교예9	0.21	15.1	0.18	0.53	9.1	0.3	0.11	0.2	1	0.0062	0.0047	0.0063	0.86	15.1
비교예10	0.12	14.5	0.49	0.9	8.8	0.1	0.1	0.18	0.9	0.0045	0.0062	0.0059	4.08	14.5
비교예11	0.11	19.8	0.71	0.69	8.2	0.33	0.06	0.29	0.9	0.0068	0.0066	0.0057	6.45	19.8

구분	고상/액상 공존구간 크기(℃)	APB 에너지 (mJ/m²)	카파 카바이드 형성 유무	압연성	비중 (g/cm³)	경량 화율 (%)	부식량 (mg/cm²/hr)	인장 강도 (MPa)	연신 율 (%)	결정립 크기 (㎛)
발명예1	59	36	×	○	6.09	22.2	17.03	634	11.4	12.4
발명예2	58	35	×	○	6.38	18.5	22.88	608	12.9	19.8
발명예3	75	37	×	○	6.40	18.2	22.55	615	12	18.5
발명예4	60	21	×	○	5.91	24.5	15.49	626	11	16.2
발명예5	56	41	×	○	6.08	22.4	21.56	630	10.8	13.3
발명예6	47	41	×	△	6.15	21.5	28.84	739	8.4	10.2
발명예7	65	34	×	△	6.17	21.2	19.97	652	10.4	8.4
비교예1	49	35	×	○	6.05	22.7	15.6	595	13	36.2
비교예2	53	45	○	×	-	-	-	-	-	-
비교예3	47	29	×	△	6.15	21.5	19.45	575	13.1	38.1
비교예4	83	33	×	△	6.05	22.7	15.18	533	13.9	49.4
비교예5	48	36	×	△	6.16	21.3	21.92	571	12.1	36.4
비교예6	37	37	×	○	6.05	22.7	19.29	578	12.5	35.1
비교예7	40	40	×	○	6.03	23.0	18	581	12.1	25.7
비교예8	43	43	×	×	-	-	-	-	-	-
비교예9	39	39	○	×	-	-	-	-	-	-
비교예10	40	40	×	×	-	-	-	-	-	-
비교예11	42	42	×	×	-	-	-	-	-	-

상기 표 1 및 2를 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 합금조성 및 역위상 경계 에너지(APB Energy) 범위와 주조시 고상과 액상이 공존하는 온도구간의 크기를 만족하는 발명예 1 내지 7의 경우에는 카파 카바이드가 석출되지 않을 뿐만 아니라 이로 인해 압연성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 6.4g/cm³이하의 낮은 비중을 가져 일반 탄소강 대비 약 18%이상의 경량화율을 가질 뿐만 아니라 600MPa이상의 우수한 인장강도와 8%이상의 우수한 연신율을 확보하고 있음을 알 수 있다. 나아가, 50부피%의 황산수용액에서의 부식량이 30mg/cm²/hr이하로서 우수한 내식성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.

그러나, 비교예 1 내지 11의 경우에는 본 발명이 제안하는 합금조성을 만족하지 못하여 본 발명이 목표로 하는 인장강도를 확보할 수 없었다. 특히, 비교예 2, 8 내지 11의 경우에는 압연성이 급격히 저하되어 인장시편의 제조가 불가능하였음을 확인할 수 있다.

도 2 및 3은 각각 발명예 1의 열연강판과 미세조직을 관찰한 사진이고, 도 4 및 5는 각각 비교예 2의 열연강판과 미세조직을 관찰한 사진이다. 도 2 및 3을 통해 알 수 있듯이, 발명예 1의 경우에는 열연강판에 크랙 및 판파단이 발생하지 않아 인장시편의 가공이 가능함을 확인할 수 있고, 미세조직을 살펴보면, 열간압연성 및 연성 저하의 원인이 되는 카파 카바이드가 형성되지 않았음을 알 수 있다. 반면, 비교예 2의 경우에는 열간압연중 강판에 크랙 및 판파단이 발생하였으며, 미세조직 내에는 카파 카바이드의 다량 생성되었음을 확인할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.5%이하(0%는 제외), Al: 12~18%, Ti: 0.1~2.0%, Cu: 0.3~1.0%, Cr: 5~12%(5%는 제외), Ni: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~3.0%, Mo: 0.02~1%, Nb: 0.05~1%, S: 0.01%이하, P: 0.02%이하, N: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 Ti와 C의 비(Ti/C)는 3이상이며,
역위상 경계 에너지(Anti-phase Boundary Energy)가 70mJ/m²이하인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판.
(상기 수식에서 Ti 및 C는 해당 합금성분의 함유량을 중량%로 나타낸 값임.)
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 Ni와 Cu의 비(Ni/Cu)는 0.3이상인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판.
(상기 수식에서 Ni 및 Cu는 해당 합금성분의 함유량을 중량%로 나타낸 값임.)
청구항 1에 있어서,
상기 경량 열연강판은 길이가 0.5mm미만(0mm를 포함)인 크랙을 갖는 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판.
청구항 1에 있어서,
상기 경량 열연강판은 결정립의 원상당 직경 평균 크기가 20㎛이하인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판.
청구항 1에 있어서,
상기 경량 열연강판은 비중이 6.4g/cm³이하이고, 인장강도가 600MPa이상이며, 연신율이 8%이상이고, 50부피%의 황산수용액에서의 부식량이 30mg/cm²/hr이하인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판.
중량%로, C: 0.5%이하(0%는 제외), Al: 12~18%, Ti: 0.1~2.0%, Cu: 0.3~1.0%, Cr: 5~12%(5%는 제외), Ni: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~3.0%, Mo: 0.02~1%, Nb: 0.05~1%, S: 0.01%이하, P: 0.02%이하, N: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하 고, 상기 Ti와 C의 비(Ti/C)는 3이상인 조건을 만족하는 용강을 주조하여 강괴를 얻은 뒤, 상기 강괴를 1100~1250℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 강괴를 800~1250℃에서 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 공냉하는 단계를 포함하며,
상기 용강은 주조시 고상과 액상이 공존하는 온도구간의 크기가 150℃이하인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판의 제조방법.
(상기 수식에서 Ti 및 C는 해당 합금성분의 함유량을 중량%로 나타낸 값임.)
삭제
청구항 7에 있어서,
상기 Ni와 Cu의 비(Ni/Cu)는 0.3이상인 우수한 열간압연성과 내식성을 갖는 경량 열연강판의 제조방법.
(상기 수식에서 Ni 및 Cu는 해당 합금성분의 함유량을 중량%로 나타낸 값임.)