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KR102592580B1 - 열연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

열연 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102592580B1
KR102592580B1 KR1020210129092A KR20210129092A KR102592580B1 KR 102592580 B1 KR102592580 B1 KR 102592580B1 KR 1020210129092 A KR1020210129092 A KR 1020210129092A KR 20210129092 A KR20210129092 A KR 20210129092A KR 102592580 B1 KR102592580 B1 KR 102592580B1
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서명규
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이영호
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 최종 미세 조직은 페라이트 및 상기 페라이트보다 상대적으로 단단한 침상형 페라이트로 이루어진, 열연 강판을 제공한다.

Description

열연 강판 및 그 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내지진성 및 저온 충격 특성이 우수한 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유 및 천연 가스 등 채굴 자원의 사용량이 증가함에 따라 심층 및 극한 환경에서의 자원 채굴이 증가하고 있는 추세이다. 이러한 추세에 따라 가혹한 환경에 대응하기 위한 고강도, 내지진성, 저온 인성 등 극한 환경 특화 소재 개발을 요구하고 있다. 우선, 조산대 주변 및 동토층에 자원이 분포할 경우에는, 지반 침식 및 지진에 의한 좌굴이 발생할 수 있기 때문에, 이러한 주변 환경을 대응하기 위해 저항복비형 특성을 요구하고 있다. 또한, 유럽 및 캐나다에서의 유정 주변 지역의 경우, 온도가 -20℃ 이하로 낮은 온도이기 때문에 이에 저항할 수 있는 저온 인성 특성을 요구하고 있다.
송유관 소재는 일반적으로 저탄계 소재에 석출 원소 또는 고용 강화 원소를 첨가하여 강도를 확보하기 위한 방법을 많이 사용하고 있다. 하지만, 이러한 저탄계에 석출 원소를 첨가하게 되면, 높은 항복 강도와 낮은 가공경화로 인해 저항복비를 구현하기에는 뚜렷한 한계를 가지고 있다. 또한, 강도 확보 및 저온 인성 향상을 위해 결정립 미세화 방법을 사용하고 있지만, 결정립이 작아질수록 항복비는 높아질 수밖에 없기 때문에, 제조 방법에도 많은 한계를 가지고 있다.
1. 대한민국 특허공개번호 KR20180072493A
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 니오븀 및 티타늄 등의 석출 원소를 저감하면서, 내지진성을 확보하기 위한 저항복비 및 -20℃ 이하에서 저항할 수 있는 저온 인성 특성을 동시에 만족시키기 위한 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판은 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 최종 미세 조직은 페라이트 및 상기 페라이트보다 상대적으로 단단한 침상형 페라이트로 이루어진다.
상기 열연 강판의 상기 최종 미세 조직에서 상기 침상형 페라이트의 면적 분율은 20 ~ 30%이고, 상기 페라이트의 면적 분율은 70 ~ 80%일 수 있다.
상기 열연 강판은 항복 강도(YS)가 450 ~ 600MPa이고, 인장강도(TS)가 535 ~ 760MPa이고, 연신율(EL)이 20% 이상이며, 항복비(YR)가 0.88 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 열연 강판에서 -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90% 이상일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 제공하는 단계; (b) 상기 강재를 재가열하는 단계; (c) 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계; 및 (d) 상기 열간 압연된 강재를 냉각 후 권취하는 단계;를 포함한다.
상기 열연 강판의 제조 방법에서, 상기 (b) 단계는 상기 강재를 1180 ~ 1220℃에서 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계는 사상 압연 종료 온도가 800 ~ 850℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하고, 상기 (d) 단계는 상기 강재를 30 ~ 50℃/s의 냉각 속도로 냉각 후 400 ~ 500℃에서 권취하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 열연 강판의 제조 방법에서, 상기 (c) 단계는 조압연 후 사상 압연 전의 강재의 두께가 40 ~ 45mm이고, 미재결정역의 압하율이 80% 이상인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내지진성 및 저온 충격 특성이 우수한 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법을 구현할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 열연 강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 중 실시예1에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예 중 실시예2에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예 중 실시예3에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실험예 중 비교예1에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실험예 중 비교예2에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실험예 중 비교예3에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
열연 강판의 저온 인성을 확보하는 기술은 Nb/Ti 등의 석출 원소를 첨가하여 구현될 수 있으나, 저온 인성은 만족하지만 고항복 특성을 가지게 된다. 따라서 지진대 및 영구 동토층 등 지반 침식이 있는 환경에서는 내지진성(저항복비)이 확보되어야 하기 때문에 사용하기 어려운 측면이 있다.
본 발명에서는 기존의 Nb/Ti 등의 석출 원소를 저감하는 방향으로 합금 설계를 하였으며, 이를 통한 석출 효과를 저감시켜 고항복비를 억제하였으며, 저항복비 특성을 만족하기 위해 미세조직을 제어하였다.
저항복비 및 저온 인성 확보를 위해 열연 압연 조건을 제어하였으며, 여기서는 사상 압연 온도, Bar 두께, 권취 온도 등을 제어하였다. 이를 통해 페라이트 상과 미세한 침상형 페라이트를 갖는 이상 구조를 형성하였다.
이하에서는 고강도 송유관에 필요한 저항복비 및 저온 인성 등의 우수한 복합 특성을 가지는 열연 강판 제조 방법의 구체적인 내용을 제공하고자 한다.
열연 강판
본 발명의 일 실시예에 따르는 열연 강판은 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 이하에서는, 상기 열연 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도 및 경도를 확보하기 위하여 포함된다. 또한, 탄소는 미세 조직을 제어할 수 있다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 열연 강판 전체 중량에 대하여 0.06 ~ 0.09중량%로 포함된다. 상기 탄소가 0.06중량% 미만 포함되는 경우 강도 확보가 어려우며, 0.09중량%를 초과하여 포함되는 경우, 강도는 상승하나, 인성이 저하될 수 있다.
규소(Si)
규소(Si)는 페라이트 안정화 원소로서 페라이트 변태시 과냉도를 증가시켜 결정립을 미세하게 하고 탄화물 형성을 억제한다. 그러나 다량 첨가시 강의 용접성을 떨어뜨리고 열연공정시 재가열 공정 및 열간압연 시에 적스케일을 생성시킴으로써 표면 품질에 문제를 줄 수 있으며 용접 후 도금성을 저해할 수 있다. 반면 1.2중량% 이상의 망간이 첨가되는 강의 경우 강관 제조를 위한 ERW 용접시 Mn/Si 비가 5 ~ 10 범위 내에 들어야 한다. 이는 용접시 발생하는 Mn-Si-O 산화물(Mn2SiO4 또는 MnSiO3) 이 영역에서 형성되며 이들의 용융 온도가 가장 낮기 때문이며 이로 인해 용접시 산화물 배출을 용이하게 한다. 한 구체예에서 상기 규소는 상기 열연 강판 전체 중량에 대하여 0.15 ~ 0.25중량%로 포함된다. 상기 실리콘이 0.15중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기 효과를 충분히 확보하기 어려우며, 상기 실리콘이 0.25중량% 초과하여 포함 시, 열간 압연 공정 또는 후속 제조 공정에서 강판에 적 스케일이 형성되어, 표면 품질이 저하될 수 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로써 고용 강화에 매우 효과적이고 강의 경화능 증가에 큰 영향을 미친다. 망간 첨가시 강의 평형 온도가 감소하여 페라이트 감소 및 펄라이트 증가와 펄라이트의 라멜라 간격을 감소시키게 된다. 이렇듯 망간 함량에 따라 강도와 인성 및 항복비를 제어할 수 있으나 다량 첨가시 MnS 개재물 형성 및 주조시 중심 편석을 유발하여 강의 인성을 떨어뜨리게 된다. 상기 망간이 1.4중량% 미만으로 포함되는 경우, 상술한 효과를 충분히 발휘하기 어렵다. 반면에, 상기 망간이 1.7중량%를 초과하여 포함될 경우, 강판의 강도가 지나치게 증가하며, 연신율이 저하되어 용접성 및 가공성이 저하되며, MnS 개재물 생성 및 중심 편석 발생에 의해 강의 연성이 크게 저하될 수 있다. 따라서 상기 Mn의 함량은 1.4 ~ 1.7중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
인(P)
인(P)은 고용 강화에 의해 강도의 강도를 높이며, 탄화물의 형성을 억제하는 기능을 수행할 수 있다. 다만, 인의 과다 첨가로 용접성이 악화되고 슬라브 중심 편석에 의해 내부식성을 저하시키는 문제가 있다. 또한 오스테나이트 결정립계에 편석하여 인성을 열화시키므로 0.018중량% 이하의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S)
황은 망간과 결합하여 MnS를 형성함으로써, 절삭성 개선에 기여한다. 다만, 황(S)의 과다 첨가로 강의 인성 및 용접성을 저해하고 MnS 비금속 개재물을 증가시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시키므로 그 상한치를 0.003중량%이하로 제한한다.
알루미늄(Al)
알루미늄은 제강 시의 탈산을 위해 첨가한다. 알루미늄은 0.01 ~ 0.05중량% 로 첨가되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.03중량%를 제시할 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.05중량%를 초과하면, 용접성 및 연속주조성을 저하시키고, 슬라브 내 알루미늄 질화물(AlN)을 형성하여 열연 크랙을 유발할 수 있다.
니오븀(Nb)
니오븀은 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 0.03 ~ 0.04중량%로 제한하였다. 상기 니오븀이 0.03중량% 미만으로 첨가되는 경우, 상술한 효과를 충분히 확보하기 어렵다. 반면에, 상기 니오븀이 0.04중량%를 초과하여 첨가되는 경우, 과다한 석출로 인하여 결정립 미세화로 인한 항복 강도 상승을 야기하며, 연주성, 압연성 및 연신율이 저하될 수 있다.
티타늄(Ti)
티타늄은 고온 안정성이 높은 Ti(C,N) 석출물을 생성시킴으로써 용접 시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부 조직을 미세화 시킴으로써 열연 제품의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 가지고 있다. 그러나 다량 첨가 시에는 고온에서 형성된 조대한 TiN 석출물을 생성시킴으로써 강의 내부식성을 저하시킬 수 있으므로 상기 티타늄의 함량은 고용 질소를 충분히 제거 가능한 0.01 ~ 0.02중량% 로 제한한다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 니오븀(Nb)과 함께 열간 압연시 재결정을 지연시켜 결정립 미세화를 도모할 수 있다. 또한, 고용 강화 및 복합 석출물 형성을 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 바나듐은 상기 열연 강판 전체 중량에 대해 0.02 ~ 0.03중량% 포함된다. 상기 바나듐이 0.02중량% 미만으로 첨가되는 경우, 상술한 효과를 충분히 확보하기 어렵다. 반면에, 상기 바나듐이 0.03중량%를 초과하여 첨가되는 경우, 용접성을 저하시키고 저온에서의 과다 석출에 의하여 권취시 문제를 발생시킬 수 있다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 경화능 향상 원소로 첨가되며, 또한, 강의 강도를 향상시킬 수 있다. 크롬은 망간과 마찬가지로 평형 온도를 저하시키므로 강의 강도와 항복비에 영향을 줄 수 있다. 크롬은 다량 첨가시 탄소와 결합하여 조대한 탄화물을 형성할 수 있으며 이는 강도를 미약하게 상승시키나, 인성에는 취약하므로 다량 첨가는 지양하여야 한다. 따라서 저항복비 재질 확보를 위해 강의 상변태 및 고용 강화만 영향을 주며 탄화물 생성을 억제하기 위해 본 발명에서는 크롬 함량을 0.2 ~ 0.3중량%로 제한하였다.
칼슘(Ca)
칼슘은 황과의 결합력이 높아 CaS 개재물을 형성함으로써 용접성에 저해를 주는 MnS의 생성을 억제하기 위해 첨가한다. 칼슘의 함량이 0.001중량% 미만이면 MnS 제어 효과가 떨어지고 0.003중량%를 초과하면 연주성을 저하시키므로 그 함량은 0.001 ~ 0.003중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판은 항복 강도(YS)가 450 ~ 600MPa이고, 인장강도(TS)가 535 ~ 760MPa이고, 연신율(EL)이 20% 이상이며, 항복비(YR)가 0.88 이하이며, -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판에서 최종 미세 조직은 페라이트 및 상기 페라이트보다 상대적으로 단단한 침상형 페라이트로 이루어지며, 상기 최종 미세 조직에서 상기 침상형 페라이트의 면적 분율은 20 ~ 30%이고, 상기 페라이트의 면적 분율은 70 ~ 80%일 수 있다.
이하에서는 상술한 조성과 미세 조직을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 열연 강판의 제조 방법을 설명한다.
열연 강판의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 열연 강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 열연 강판의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 제공하는 단계(S100); (b) 상기 강재를 재가열하는 단계(S200); (c) 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계(S300); 및 (d) 상기 열간 압연된 강재를 냉각 후 권취하는 단계(S400);를 포함한다.
상기 (b) 단계(S200)는 상기 강재를 1180 ~ 1220℃에서 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계(S300)는 사상 압연 종료 온도가 800 ~ 850℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하고, 상기 (d) 단계(S400)는 상기 강재를 30 ~ 50℃/s의 냉각 속도로 냉각 후 400 ~ 500℃에서 권취하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 (c) 단계(S300)는 조압연 후 사상 압연 전의 강재의 두께가 40 ~ 45mm이고, 미재결정역의 압하율이 80% 이상인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다. 상술한 합금 조성을 가지는 경우, 미재결정역이 존재하는 온도 영역은 약 950 ~ 980℃에 해당한다.
i) 재가열 과정을 통해 오스테나이징 처리를 해주며 편석 성분 및 석출물을 재고용 시킨다. 예를 들어, 슬라브는 제강 공정을 통해 얻은 용강을 연속 주조하여 반제품 형태로 제조되고, 재가열 공정을 통하여 주조 공정에서 발생한 성분 편석을 균질화하고, 열간 압연할 수 있는 상태로 만든다. 슬라브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)가 1180℃ 미만이면, 니오븀 탄화물의 고용이 충분하지 않으며, 주조시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제점이 있다. 따라서 니오븀 탄화물의 충분한 고용을 위해 1200℃ 에서 25분 이상 유지하는 것이 필요하다. 재가열 온도가 1220℃를 초과하면 매우 조대한 오스테나이트 결정립이 형성되어 강도 확보가 어렵게 된다. 또한 재가열 온도가 올라갈수록 가열 비용 및 압연 온도를 맞추기 위한 추가 시간 소요 등으로 제조비용 상승 및 생산성 저하를 야기하므로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명 성분계의 적정 재가열 온도(SRT)는 1180 ~ 1220℃가 적절하다.
ii) 열연 코일 전장에 대해 균일한 침상형 페라이트를 얻기 위해 적정한 온도에서 사상 압연을 종료한다. 사상 압연 종료 온도 또는 마무리 압연 온도인 FDT(Finishing Delivery Temperature)가 800℃ 미만, 조압연 후 사상 압연 전의 Bar 두께가 두꺼울수록 미세한 오스테나이트 결정립으로 인해 냉각 중 빠른 상변태가 발생하여 다각형 페라이트가 형성되며, 이로 인해 저항복 특성 확보가 어렵다. 또한 FDT 온도가 너무 낮으면 열연 코일의 전장 재질 편차를 야기 할 수 있다. FDT가 850℃를 초과하면 초기 오스테나이트 결정립이 조대화되기 때문에, 미세한 침상형 페라이트 생성이 어려워, 높은 항복비 특성을 보이게 된다. 조압연 후 사상 압연 전의 Bar 두께는 40 ~ 45mm일 수 있다.
iii) 저항복비 재질 및 저온 인성 확보를 위해서는 미세한 침상형 페라이트를 얻어야 하므로 냉각 제어가 중요하다. 권취중 상변태를 집중적으로 발생시켜야 하므로 압연 후 냉각은 가능한 빠를수록 좋으며 냉각중 다각형 페라이트 억제를 위해 30 ~ 50℃/s가 적절하다. 미세한 침상형 페라이트를 형성시키기 위해서 권취 온도는 400 ~ 500℃가 적절하다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 다음의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 다음의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 시편의 조성
본 실험예에서는 표 1의 합금 원소 조성(단위: 중량%)을 가지는 시편들을 제공한다.
　 성분계 C Si Mn P S Al Nb V Ti Cr Ca Fe
실시예1 A 0.07 0.2 1.56 0.001 0.0015 0.04 0.032 0.022 0.018 0.23 0.0025 Bal.
실시예2 B 0.07 0.2 1.56 0.001 0.0015 0.04 0.032 0.022 0.018 0.23 0.0025 Bal.
실시예3 C 0.07 0.2 1.56 0.001 0.0015 0.04 0.032 0.022 0.018 0.23 0.0025 Bal.
비교예1 D 0.07 0.2 1.55 0.015 0.0018 0.04 0.067 0.039 0.02 0.21 0.0027 Bal.
비교예2 E 0.07 0.19 1.54 0.018 0.0019 0.04 0.071 0.037 0.013 0.24 0.0019 Bal.
비교예3 F 0.07 0.18 1.56 0.009 0.0015 0.04 0.032 0.02 0.017 0.23 0.0025 Bal.
표 1을 참조하면, 실시예1, 실시예2, 실시예3과 비교예3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판의 조성 범위인 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)인 조성 범위를 만족한다.
한편, 비교예1 및 비교예2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열연 강판의 조성 범위 중 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량% 및 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%를 상회하여 만족하지 못한다.
2. 공정 조건 및 물성 평가
표 2는 표 1에 개시된 조성 성분계를 가지는 시편들에 대하여 적용한 열연 강판 제조 공정의 조건과 항복 강도(YP), 인장강도(TS), 연신율(EL), 항복비(YR) 및 저온 연성파면율(DWTT)을 나타낸 것이다. 'Bar'항목은 열간 압연의 조압연 후 사상 압연 전의 강재의 두께를 의미하며, 'FDT' 항목은 사상 압연 종료 온도를 의미하며, 'CT' 항목은 권취 온도를 의미하며, '냉속' 항목은 열간 압연 후 권취 전 냉각 공정의 냉각 속도를 의미한다. 상기 시편들에 대하여 적용한 그 외의 열연 강판 제조 공정의 조건은 도 1을 참조하여 설명한 공정 범위 내에서 동일하게 적용하였다.
　 성분계 Bar
(mm)		 FDT
(℃)		 CT
(℃)		 냉속
(℃/s)		 YP
(MPa)		 TS
(MPa)		 EL(%) YR DWTT
실시예1 A 40 828 400 30~50 548 637 30 0.86 100% @-20℃
실시예2 B 40 833 450 30~50 528 599 31 0.88 100% @-20℃
실시예3 C 40 831 500 30~50 507 585 32 0.87 100% @-20℃
비교예1 D 45 801 524 30~50 649 713 28 0.91 100% @-20℃
비교예2 E 50 805 570 25~35 621 671 35 0.93 90% @-20℃
비교예3 F 40 840 604 30~50 563 616 32 0.91 80% @-20℃
표 2를 참조하면, 실시예1, 실시예2 및 실시예3은 조압연 후 사상 압연 전의 강재의 두께가 40 ~ 45mm의 범위를 만족하고, 사상 압연 종료 온도가 800 ~ 850℃인 범위를 만족하고, 권취 온도가 400 ~ 500℃인 범위를 만족하고, 사상 압연 후 권취 전 냉각 속도가 30 ~ 50℃/s인 범위를 만족하며, 그 결과, 항복 강도(YS): 450 ~ 600MPa, 인장강도(TS): 535 ~ 760MPa, 연신율(EL): 20% 이상, 항복비(YR): 0.88 이하, -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90% 이상을 모두 만족한다.
이에 반하여, 비교예1은 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량% 및 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%를 상회하여 만족하지 못하고, 권취 온도가 400 ~ 500℃인 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 그 결과, 항복 강도(YS): 450 ~ 600MPa, 항복비(YR): 0.88 이하를 만족하지 못한다.
비교예2는 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량% 및 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%를 상회하여 만족하지 못하고, 조압연 후 사상 압연 전의 강재의 두께가 40 ~ 45mm의 범위를 상회하여 만족하지 못하고, 권취 온도가 400 ~ 500℃인 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 그 결과, 항복 강도(YS): 450 ~ 600MPa, 항복비(YR): 0.88 이하를 만족하지 못한다.
비교예3은 권취 온도가 400 ~ 500℃인 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 그 결과, 항복비(YR): 0.88 이하, -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90% 이상을 모두 만족하지 못한다.
저온 연성파면율(DWTT)을 상세하게 살펴보면, 실시예1, 실시예2 및 실시예3은 -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 100%이고, -30℃에서의 연성파면율(DWTT)이 100%인 바, 저온 인성 특성이 우수함을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 비교예1은 -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 100%이고, -30℃에서의 연성파면율(DWTT)이 100%이며, 비교예2는 -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90%이고, -30℃에서의 연성파면율(DWTT)이 80%이며, 비교예3은 -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 80%이고, -30℃에서의 연성파면율(DWTT)이 75%이다.
따라서, 항복비(YR): 0.88 이하, -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90% 이상인 조건을 모두 만족하는 실험예는 실시예1, 실시예2 및 실시예3임을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실험예 중 실시예1에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이고, 도 3은 본 발명의 실험예 중 실시예2에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이고, 도 4는 본 발명의 실험예 중 실시예3에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이고, 도 5는 본 발명의 실험예 중 비교예1에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이고, 도 6은 본 발명의 실험예 중 비교예2에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이고, 도 7은 본 발명의 실험예 중 비교예3에 의한 열연 강판의 미세 조직을 촬영한 사진이다.
표 2 및 도 2 내지 도 7을 참조하면, 실시예1, 실시예2, 실시예3 및 비교예1의 미세 조직은 페라이트와 침상형 페라이트로 구성되되, 침상형 페라이트의 면적 분율이 20% 이상임을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 비교예2 및 비교예3의 미세 조직은 페라이트, 침상형 페라이트 및 펄라이트로 구성되되, 침상형 페라이트의 면적 분율은 5% 이하이고, 펄라이트의 면적 분율은 5% 이하임을 확인할 수 있다.
실시예1, 실시예2는 본 발명이 목표하고 있는 성분 및 물성을 만족하는 예이다. 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우 목표 물성을 모두 만족하였으며, 이러한 이유는 석출 원소의 저감 및 페라이트와 침상형 페라이트의 복합 상에 의한 효과로 추정된다.
비교예1, 비교예2에서와 같이 석출형 원소가 상대적으로 많이 첨가된 경우, 석출형 원소에 의한 석출 강화 효과가 강하게 작용하게 되어, 인장강도 대비 항복 강도가 크게 상승하여 항복비(YR)가 상대적으로 높게 나타났음을 알 수 있다.
반면 실시예들의 경우, 석출 원소가 저감되어 있기 때문에 이러한 석출 강화 효과는 적게 발생하게 되어, 항복 강도를 크게 상승시키지는 않았을 것으로 이해된다. 또한, 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우에는, 페라이트와 침상형 페라이트로 구성된 이상 조직을 가지고 있으며, 실시예의 침상형 페라이트 분율은 20% 이상으로 관찰된다. 이로 인해 페라이트 상에서 항복이 발생한 후, 상대적으로 단단한 침상형 페라이트에서 가공경화를 일으켜 높은 인장강도를 갖게 되어 저항복비 특성을 만족한 것으로 판단된다.
뿐만 아니라 미세한 침상형 페라이트가 많이 관찰된 것으로 보아, 충격 인성 특성도 상대적으로 양호한 것으로 결과가 나오고 있다. 작은 결정립계로 인해 크랙의 전파를 억제할 수 있는 장애물로 작용하게 되고, 이로 인해 우수한 충격 인성 특성을 보이고 있는 것을 알 수 있다.
반면, 비교예2, 비교예3의 경우에는 대부분 다각형의 페라이트 결정립과 약간의 침상형 조직 및 펄라이트로 구성된 것을 알 수 있다. 이로 인해, 펄라이트 밴드 및 상대적으로 조대한 결정립 크기로 인해 충격 인성 확보가 어려운 것을 확인할 수 있다.
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 권리 범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    최종 미세 조직은 페라이트 및 상기 페라이트보다 상대적으로 단단한 침상형 페라이트로 이루어지며, 상기 최종 미세 조직에서 상기 침상형 페라이트의 면적 분율은 20 ~ 30%이고, 상기 페라이트의 면적 분율은 70 ~ 80%이며,
    항복 강도(YS)가 450 ~ 600MPa이고, 인장강도(TS)가 535 ~ 760MPa이고, 연신율(EL)이 20% 이상이며, 항복비(YR)가 0.88 이하이고, -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90% 이상인 것을 특징으로 하는,
    열연 강판.
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  5. (a) 탄소(C): 0.06 ~ 0.09중량%, 규소(Si): 0.15 ~ 0.25중량%, 망간(Mn): 1.4 ~ 1.7중량%, 인(P): 0 초과 0.018중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 니오븀(Nb): 0.03 ~ 0.04중량%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.02중량%, 바나듐(V): 0.02 ~ 0.03중량%, 크롬(Cr): 0.2 ~ 0.3중량%, 칼슘(Ca): 0.001 ~ 0.003중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 제공하는 단계;
    (b) 상기 강재를 재가열하는 단계;
    (c) 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계; 및
    (d) 상기 열간 압연된 강재를 냉각 후 권취하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계는 상기 강재를 1180 ~ 1220℃에서 재가열하는 단계를 포함하고,
    상기 (c) 단계는 사상 압연 종료 온도가 800 ~ 850℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하고,
    상기 (d) 단계는 상기 강재를 30 ~ 50℃/s의 냉각 속도로 냉각 후 400 ~ 500℃에서 권취하는 단계를 포함하되,
    상기 (c) 단계는 조압연 후 사상 압연 전의 강재의 두께가 40 ~ 45mm이고,
    미재결정역의 압하율이 80% 이상인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하며,
    상기 단계들을 수행하여 구현된 열연강판은 최종 미세 조직이 페라이트 및 상기 페라이트보다 상대적으로 단단한 침상형 페라이트로 이루어지며, 상기 최종 미세 조직에서 상기 침상형 페라이트의 면적 분율은 20 ~ 30%이고, 상기 페라이트의 면적 분율은 70 ~ 80%이며, 항복 강도(YS)가 450 ~ 600MPa이고, 인장강도(TS)가 535 ~ 760MPa이고, 연신율(EL)이 20% 이상이며, 항복비(YR)가 0.88 이하이고, -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 90% 이상인 것을 특징으로 하는,
    열연 강판의 제조 방법.
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