KR20240077000A

KR20240077000A - 저망간 강재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20240077000A
Application number: KR1020220159018A
Authority: KR
Inventors: 유승호; 신동엽; 편진기; 조남영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2024-05-31
Also published as: CN120129766A; WO2024111984A1

Abstract

본 발명은, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되는 일반구조용 강재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업 기계, 건설 및 각종 부품 소재 등에 사용되는 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

저망간 강재 및 이의 제조방법{STEEL MATERIAL HAVING EXTREMELY LOW MANGANESES CONTENTS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되는 일반구조용 강재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업 기계, 건설 및 각종 부품 소재 등에 사용되는 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

항복강도 235MPa 및 인장강도 400MPa급 일반구조용 강재는, 가장 대표적인 범용재로서 국내는 물론 해외에서까지 널리 사용되고 있다. 특히, 일반구조용 강재는, 기본적으로 용접을 실시하지 않고 볼트로 체결이 가능한 구조물 및 형상이 복잡하지 않고 통상 수준의 치수 정확도를 요구하는 산업기계 및 부품 소재 산업 분야에서 매우 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 일반구조용 강재는, 통상 국가별 해당 규격을 제정하여 이를 만족하는 제품을 각 철강사별로 제조하여 시중에 판매하고 있다. 가장 대표적인 일반구조용 강재의 규격으로는 일본의 JIS, 미국의 ASTM, 대한민국의 KS를 들 수 있다. 통상 강재 제조사는 이러한 규격 내 성분 및 재질과 같은 품질 보증 범위 보다 다소 엄격하게 제품을 생산 및 관리한다. 다만, 해당 규격에 명기 또는 보증하지 않는 항목의 경우 생산 및 판매에 제약을 받지는 않는다. 예를 들어, JIS 규격의 일반구조용 강재인 SS (Steel Structure)의 경우에는, 용접성 관련 보증 항목이 없어 규격 내 C 및 Mn과 같은 합금원소의 첨가 함량 제한이 없다. 반면, 용접구조용 일반강재인 SM(Steel for Marine)의 경우에는, 합금 원소뿐만 아니라, 탄소 당량(Ceq.)과 용접균열 감수성 지수(Pcm.) 값의 상한 값을 명시하여, SS재와의 기능적 차별성을 분명히 하고 있다.

일본 공개특허 제2005-301241호 일본 공개특허 제2008-067400호

본 발명의 일 측면에 따르면, 항복강도(YS) 235MPa 이상 및 인장강도(TS) 400MPa 이상을 충족하면서도, 망간 함량을 매우 낮게 첨가하여 제조 원가를 혁신적으로 낮출 수 있는 일반구조용 후판 강재 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은,

중량%로, 탄소(C): 0.15~0.25%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 0.15% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.03% 이하(0%는 제외), 황(S): 0.01% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,

페라이트와 펄라이트의 이상(dual phase) 조직으로 구성되고,

하기 관계식 1 및 2를 만족하며, 두께가 40㎜ 이하인, 저망간 강재를 제공한다.

[관계식 1]

[C]/[Mn] > 1.5

(상기 관계식 1에 있어서, [C] 및 [Mn]는 각각 괄호 안의 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)

[관계식 2]

[Cr] + [Mo] + [Cu] + [Ni] < 0.05

(상기 관계식 2에 있어서, [Cr], [Mo], [Cu] 및 [Ni]은 각각 괄호 안의 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)

본 발명의 다른 측면은,

중량%로, 탄소(C): 0.15~0.25%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 0.15% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.03% 이하(0%는 제외), 황(S): 0.01% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 강 슬라브를 1050~1180℃에서 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강 슬라브를 950~1050℃에서 조압연하는 단계; 및

상기 조압연된 슬라브를 800~950℃에서 열간 압연함으로써 두께가 40㎜ 이하인 열연 강판을 얻는단계;

를 포함하는, 저망간 강재의 제조방법을 제공한다.

[관계식 1]

[C]/[Mn] > 1.5

[관계식 2]

[Cr] + [Mo] + [Cu] + [Ni] < 0.05

본 발명의 일 측면에 따르면, 항복강도(YS) 235MPa 이상 및 인장강도(TS) 400MPa 이상을 충족하면서도, 망간 함량을 매우 낮게 첨가하여 제조 원가를 혁신적으로 낮출 수 있는(기존 대비 50% 이상 절감 가능한) 일반구조용 후판 강재 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 발명예 7로부터 얻어지는 강재의 단면을 광학 현미경으로 촬영한 사진을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 관련 정의가 이와 명백히 반대되는 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 구성을 구체화하고, 다른 구성의 존재나 부가를 제외하는 것이 아니다.

본 발명자들은 전 세계에서 범용으로 사용되고 있는 항복강도 235MPa 이상 및 인장강도 400MPa 이상의 일반구조용 강에 혁신적인 제조 원가의 절감을 시도하고자 예의 연구 및 실험을 거듭하였다. 그 결과, 철강의 5대 원소 중 하나인 망간(Mn)을 의도적으로 첨가하지 않거나, 극력 제한함과 동시에, C, Si의 첨가량을 조절함으로써 JIS, ASTM 등 국제 규격 내 보증 항목을 충족할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

이러한 본 발명에 따른 제조 원가 절감형 일반구조용 후판 저망간 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.15~0.25%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 0.15% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.03% 이하(0%는 제외), 황(S): 0.01% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

이하에서는 본 발명에 따른 저망간 강재의 성분 첨가 이유와 함량 한정 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 이 때, 본 명세서에서 각 원소의 함량을 나타낼 때에는 특별히 달리 정하지 않는 한, 중량%를 나타낸다.

탄소(C): 0.15~0.25%

탄소(C)는 강의 강도를 확보할 수 있는 가장 유효한 원소로서 열간압연 후 별도의 냉각 과정을 거치지 않고서도 일정 수준 이상의 강도 확보를 위해서는 적정량을 첨가해야만 한다. 전술한 효과를 충분히 확보하기 위해서는 C를 0.15% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 만일 C의 함량이 0.25%를 초과하면, 강의 인성이 지나치게 나빠질 수 있을 뿐만 아니라, 재가열 시 크랙이 발생할 수 있는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 C의 함량을 0.15~0.25%로 제어하는 것이 바람직하다. 한편, 전술한 효과를 보다 개선하는 측면에서, 상기 C 함량의 하한은 0.21%이거나, 0.215%일 수 있고, 혹은 상기 C 함량의 상한은 0.245%일 수 있다.

실리콘(Si): 0.05~0.5%

실리콘(Si)은 제강 공정 중 탈산에 유효하나 고온에서 산소와 결합하여 강의 표면에 스케일을 생성시키게 되는 주요 원소이다. 탈산 효과와 함께, 가열 및 열간압연 동안에 생성되는 스케일을 제어를 위해서는 Si를 0.05% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, Si의 함량이 0.3%를 초과하면, 최종 제품의 표면 스케일이 지나치게 두꺼워질 뿐만 아니라, 압입흠과 같은 결함을 유발할 수 있어 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Si 함량을 0.05~0.5%로 제어하는 것이 바람직하다. 한편, 전술한 효과를 보다 개선하는 측면에서 보다 바람직하게는, 상기 Si 함량의 하한은 0.10%일 수 있고, 혹은 상기 Si 함량의 상한은 0.30%일 수 있다.

망간(Mn): 0.15% 이하(0%는 제외)

망간(Mn)은 대표적인 경화능 원소로서 페라이트 생성을 억제하고, Ar3 온도를 낮춤으로써 소입성을 효과적으로 상승시켜 강의 강도를 향상시키는 원소이다. Mn은 용강 중 S와 우선 결합하여 열간압연 중 입계를 취약하게 만드는 황철석(Iron pyrite, FeS₂)의 생성을 억제한다. 그러나, 망간(Mn)은 일반구조용 강재의 제조원가의 상당한 비중을 차지하고 있으므로, 필요 이상 첨가 시 제품의 가격경쟁력을 저하시키게 된다. 따라서, 본 발명에서는 인장강도 400MPa 이상을 확보 가능하면서도 제조원가를 획기적으로 절감하기 위해, 상기 Mn의 함량을 0.15% 이하로 제어한다. 다만, 전술한 효과를 보다 개선하는 측면에서 바람직하게는, 상기 Mn 함량의 상한은 0.134%일 수 있다. 한편, 본 발명은 혁신적인 제조 원가의 절감을 위하여, 철강의 5대 원소 중 하나인 Mn을 의도적으로 첨가하지 않거나, 극력 제한하는 기술로서, 본 발명에서는 Mn 함량이 적을수록 바람직하므로, 그 하한을 별도로 한정하지 않는다. 다만, Mn을 의도적으로 첨가하지 않더라도 필수적으로 존재할 수 밖에 없는 점을 감안하여, Mn 함량의 하한은 0%를 제외(즉, 0% 초과)하고, 보다 바람직하게 상기 Mn 함량의 하한은 0.03%일 수 있다.

인(P): 0.03% 이하(0%는 제외)

인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 원소이면서, 강의 인성을 저해하는 원소이다. 따라서, 강의 인성 저해를 방지하기 위해 상기 P의 함량을 가능한 한 낮추어서 0.03% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 다만 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외한다. 한편, 전술한 효과를 보다 개선하는 바람직하게는, 상기 P 함량의 상한은 0.015%일 수 있다.

황(S): 0.01% 이하(0%는 제외)

황(S)은 강 중 MnS 개재물을 형성하여 강의 인성을 저해하는 원소이다. 따라서, 상기 S의 함량을 가능한 한 낮추어서 0.01% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 다만 불가피하게 함유되는 수준을 고려하여 0%는 제외한다. 한편, 전술한 효과를 보다 개선하는 측면에서 바람직하게는, 상기 S 함량의 상한은 0.005%일 수 있다.

알루미늄(Al): 0.05% 이하(0%는 제외)

알루미늄(Al)은 강의 탈산제로서 용강 중에 산소 함량을 낮추는데 효과적인 원소이다. 이러한 Al의 함량이 0.05%를 초과하면, 강의 청정성이 저해되는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Al의 함량을 0.05% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 제강 공정 시 부하 및 제조비용의 상승 등을 고려하여 0%는 제외한다. 한편, 전술한 효과를 보다 개선하는 측면에서 바람직하게는, 상기 Al 함량의 상한은 0.03%일 수 있고, 혹은 상기 Al 함량의 하한은 0.01%일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 저망간 강재는, 제조원가를 절감하면서도 규격 보증 가능한 강도 확보를 위하여, 하기 관계식 1을 충족하도록 C와 Mn의 함량을 제어할 것이 요구된다.

[관계식 1]

[C]/[Mn] > 1.5

상기 관계식 1에서 정의되는 [C]/[Mn]의 값이 1.5 이하이면, 상대적으로 Mn 함량이 커져서 강도 확보에는 유리할 수 있으나, 결과적으로 제조 원가가 높아지게 되어 가격 경쟁력이 약화되는 문제가 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 [C]/[Mn]의 값을 1.5 초과로 제어함으로써 목적하는 수준의 강도 확보와 동시에, 제조 원가를 획기적으로 저감할 수 있음을 확인하였다. 한편, 전술한 효과를 개선하는 측면에서 바람직하게는, 상기 [C]/[Mn]의 값을 1.6 이상으로 할 수 있고, 보다 바람직하게는 1.61 이상으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 저망간 강재는, 극한의 제조 원가 절감을 위하여, 하기 관계식 2를 충족하도록, Cr, Mo, Cu 및 Ni의 합금 원소 상한 값이 관리가 필요하다.

[관계식 2]

[Cr] + [Mo] + [Cu] + [Ni] < 0.05

만일 상기 관계식 2에서 정의되는 [Cr] + [Mo] + [Cu] + [Ni]의 값이 0.05 이상이면, 의도적으로 해당 원소를 용강 내 첨가한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 실제 규격 보증 하한 값보다 훨씬 큰 값을 얻게 되어 강도 확보에서는 유리할 수 있으나, 연신율이 목표치에 미달하거나, 결과적으로 제조 원가가 높아지게 되어 가격 경쟁력이 열위한 문제가 있다. 한편, 전술한 효과를 개선하는 측면에서 보다 바람직하게는, 상기 [Cr] + [Mo] + [Cu] + [Ni]의 값을 0.045 이하로 할 수 있고, 가장 바람직하게는 0.042 이하로 할 수 있다.

한편, 특별히 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 Cr, Mo, Cu 및 Ni 중 적어도 하나는 불가피하게 포함되는 점을 감안하여, 상기 Cr, Mo, Cu 및 Ni 중 적어도 하나는 0% 초과로 포함될 수 있다. 혹은, 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 Cr, Mo, Cu 및 Ni은 강재 중에, 모두 0% 초과로 존재할 수 있다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료나 주위 환경 변수로 인해 의도하지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에, 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 저망간 강재의 미세조직은, 페라이트와 펄라이트의 이상(dual phase) 조직으로 구성되는 것이 바람직하다. 전술한 미세조직을 충족함으로써, C-Mn계의 as-rolled 제조된 항복강도(YS) 235MPa 이상 및 인장강도(TS) 400MPa 이상 급의 강재를 얻을 수 있다.

한편, 특별히 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 저망간 강재는 미세조직으로서, 면적%로, 페라이트: 70~90%, 및 펄라이트: 10~30%를 포함할 수 있다. 상기 미세조직 중에, 페라이트가 70% 미만이면 지레 규칙(Lever rule)에 따라 펄라이트가 상대적으로 많아져서 강도 증가에는 유리하나 연성이나 나빠지는 문제가 생길 수 있다. 반면, 상기 미세조직 중에, 페라이트가 90%를 초과하면 연성은 좋으나 항복강도 및 인장강도가 목표로 하는 하한 값에 미치지 못하는 문제가 생길 수 있다. 또한, 상기 미세조직 중에, 펄라이트가 10% 미만이면 전술한 지레 규칙에 따라 페라이트 분율이 지나치게 많아져서 연성에는 유리하나 목표하는 강도 확보가 어려워지는 문제가 생길 수 있다. 반면, 상기 미세조직 중에, 펄라이트가 30%를 초과하면 강도는 증가하나 연성이 현저히 떨어지게 되어 굽힘(Bending) 등 가공성이 악화되는 문제가 생길 수 있다.

한편, 특별히 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 30~50㎛일 수 있다. 상기 페라이트의 평균 결정립 크기가 30㎛ 미만이면, 강도 증가에는 유리하나 연성이 나빠지는 문제가 생길 수 있다. 반면, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기가 50㎛를 초과하면, 연성은 우수하나 항복강도가 목표로 하는 하한 값에 미치지 못하는 문제가 생길 수 있다.

한편, 저원가형 일반구조용 강재로서, 전술한 저망간 강재는 두께가 40㎜ 이하인 후판(열연강판)으로 제한한다. 일반구조용 후판 강재는 6㎜부터 100㎜를 초과하는 두께의 극후물재까지 매우 다양한 두께군이 산업 현장에서 사용되고 있다. 이 때, 제조사가 최종 제품의 두께를 맞추기 위해서는 슬라브를 적정 온도 하에서 열간압연하게 되는데, 저렴한 일반구조용 강재의 특성상 열간압연 후 별도의 수냉 처리 없이 공냉함으로써 제품의 강도와 같은 물성은 오로지 성분과 압연량에 의존하게 된다. 즉, 동일한 성분의 슬라브를 동일한 온도에서 열간 압연할 경우, 두께가 얇을수록 상대적으로 소재 내부에 축적되는 변형량이 커지게 되어 강도가 증가하고, 그 반대의 경우는 강도가 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 강재의 내부에 축적되는 총 변형량을 감안하여 목적하는 수준의 강도 확보가 가능하면서도 저원가형 일반구조용 강재로서, 저망간 강재의 두께를 40㎜ 이하로 제한한다. 한편, 최소 두께에 대해서는 별도로 한정을 하진 않으나, 일반구조용 후판으로 사용되는 점을 감안한 일례로서 두께의 하한은 6㎜일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 저망간 강재는 항복 강도(YS)가 235MPa 이상(바람직하게는 235MPa 이상 300MPa 이하)를 충족하고, 및/또는 인장 강도(TS)가 400MPa 이상(바람직하게는 400MPa 이상 500 MPa 이하)를 충족하며, 및/또는 연신율(El)이 30% 이상(바람직하게는 30% 이상 40% 이하, 보다 바람직하게는 30% 이상 35% 이하)을 충족한다. 이를 충족함으로써, 다양한 산업 분야에서 일반구조용 강으로서 사용 가능하므로 특별히 한정하는 것은 아니나, 깔판(Floor plate) 용도로서 특히 적합하게 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 저망간 강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명에 따른 저망간 강재의 제조방법이 반드시 이하의 제조방법에 의해 제조되어야 함을 의미하는 것은 아니다.

슬라브의 재가열 단계

먼저, 전술한 조성을 충족하는 강 슬라브를 1050~1180℃에서 재가열한다. 이 때, 강 슬라브의 조성에 있어서, 각 성분의 첨가 이유 및 함량 한정 이유에 대해서는 전술한 강재의 조성에 대한 설명을 동일하게 적용한다.

한편, 상기 강 슬라브의 재가열 온도가 1050℃ 미만이면 주조 조직을 역변태 시켜 완전한 오스테나이트화 할 수 없게 된다. 반면, 상기 강 슬라브의 재가열 온도가 1180℃ 초과하면 오스테나이트 결정립이 지나치게 조대화되어 불균일한 조직이 형성될 우려가 있다. 뿐만 아니라, 가열로 내에서 스케일이 지나치게 성장함에 따라 열간 압연 전 완전히 제거되지 않을 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 강 슬라브의 재가열 온도는 1050~1180℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 전술한 효과를 보다 개선하는 측면에서 보다 바람직하게는, 상기 재가열 온도의 하한은 1100℃일 수 있고, 상기 재가열 온도의 상한은 1150℃일 수 있다.

조압연 단계

이어서, 상기 재가열된 강 슬라브를 950~1050℃에서 조압연을 실시한다. 상기 조압연 온도가 950℃ 미만이면, 압연 하중이 증가하여 상대적으로 약압하 됨으로써 슬라브 두께 방향 중심까지 변형이 충분히 전달되지 못하여 공극과 같은 결함이 제거되지 않을 우려가 있다. 반면, 상기 조압연 온도가 1050℃를 초과하면, 압연과 동시에 재결정이 일어난 후 입자가 성장하게 되어, 초기 오스테나이트 입자가 지나치게 조대해질 우려가 있다. 전술한 효과를 개선하는 측면에서 보다 바람직하게는, 상기 조압연 온도의 하한은 970℃일 수 있고, 혹은 상기 조압연 온도의 상한은 1030℃일 수 있다.

열간 압연 단계

이어서, 상기 조압연된 슬라브를 800~950℃의 온도범위에서 열간 압연함으로써 두께가 40㎜ 이하인 열연강판을 제조한다. 상기 열간압연의 마무리 온도가 800℃ 미만이면, 통상적으로 이상(dual phase)역 압연이 되어 미세조직이 불균질하게 될 우려가 있을 뿐만 아니라, 압연 형상이 열위해져 통판성이 나빠지는 문제가 있다. 강도 입장에서는 압연 온도가 지나치게 낮으면 소재 내부에 축적되는 에너지 값이 커져 입자 미세화 효과는 있으나 상대적으로 생산성이 떨어져 대량 생산에 적합하지 않다. 반면, 상기 열간압연의 마무리 온도가 950℃를 초과하게 되면 압연 생산성이 높아지고 통판성도 좋아지는 이점은 있으나, 압연 종료 후 상온까지 판재가 냉각되는 동안 페라이트 결정립이 성장할 수 있을 정도로 구동력이 커서 결과적으로 항복 강도 및 인장 강도가 열위해질 우려가 있다. 전술한 효과를 개선하는 측면에서 보다 바람직하게는, 상기 열간 압연의 마무리 온도의 하한은 820℃일 수 있고, 혹은 상기 열간 압연의 마무리 온도의 상한은 941℃일 수 있다.

디스케일링 단계

한편, 본 발명에서는 상술한 열간압연 중에 강판 표면에 고압수를 분사함으로써 표면 스케일층 두께가 최소가 되도록 디스케일링(de-scaling)을 실시한다. 이는 후강판의 열간압연 중에 적용하는 공정으로서, 고압수의 물을 강판 표면에 직접 분사하기는 하나, 소재의 중심부까지 의도적으로 냉각시키는 가속 냉각과는 차별되는 것으로서, 공냉(as-rolled) 제조되는 일반구조용 강재에 적용해도 별 무리가 없다. 분사하는 물의 압력이 클수록 스케일 제거 효과는 우수하므로, 본 발명에서 디스케일링에 적용되는 고압수의 압력은 특별히 한정하지 아니한다. 다만, 상기 분사하는 물의 압력의 하한은, 최소 100 bar 이상이면 상기 기술한 압연 온도 영역 내에서 생성되는 스케일 제거에는 무리가 없을 것이다.

냉각 단계

한편, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 열간 압연 이후, 얻어진 열연 강판에 공냉을 수행할 수 있고, 이 때 평균 냉각 속도는 1~55℃/s일 수 있다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 열연강판은 40mm 이하의 두께를 갖는 후강판일 수 있다. 왜냐하면 두께 40mm 초과의 후강판의 경우 통상의 열간 압연만으로는 항복강도 235 MPa이상의 강도 확보가 어려울 수 있다.

한편, 일반적으로 40mm 미만의 두께를 갖는 강판의 경우는 열간 압연 시 사용되는 슬라브의 두께에 크게 영향을 받지 않고 최종 두께까지 누적되는 압하량이 충분히 크기 때문에, 고온 영역에서 효과적으로 오스테나이트를 미세화 시킬 수 있으며, 결과적으로 목표로 하는 상온 항복 강도 및 인장 강도의 확보가 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 이를 고려하여, 저원가형 일반구조용 후강판의 두께를 40mm 이하의 범위로 함이 보다 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에서 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허 청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

하기 표 1의 합금조성을 갖는 강 슬라브를 준비한 후, 상기 강 슬라브에 대하여 하기 표 2의 조건으로 강 슬라브 가열-조압연-열간압연을 실시하였다. 이어서, 얻어진 열연강판을 5℃/s 이하로 냉각하여 최종 후강판을 제조하였다. 한편, 상기 열간압연 중에는, 200 bar의 고압수를 강판 표면에 분사하여 디스케일링을 실시하였다.

상기 후강판에 대하여 항복, 인장강도와 연신율을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 상기 인장시험은 표점거리 50㎜의 판형 시편을 가공하여 상온에서 3회 시험한 값의 평균이다.

또한, 비용 절감의 효과를 확인하기 위하여, 각 비교예 및 발명예에서 사용되는 각 성분에 대한 합금원가를 원/톤 단위로 계산하였다. 이 때, 발명강 1을 사용하는 발명예 1~3에 대한 합금원가를 '1'로 정의하였을 때, 상기 발명강 1 대비 상대적인 합금원가를 계산하여 하기 표 3에 나타내었다.

구분	합금조성 [중량%] (잔부 Fe 및 불순물)										관계식1	관계식2
구분	C	Si	Mn	P	S	Al	Cr	Ni	Cu	Mo	관계식1	관계식2
비교강 1	0.160	0.14	0.112	0.016	0.005	0.03	-	-	-	-	1.43	0.000
비교강 2	0.214	0.18	0.296	0.014	0.007	0.02	0.32	0.008	0.007	0.004	0.70	0.339
비교강 3	0.191	0.25	0.480	0.014	0.003	0.03	0.03	0.03	0.02	0.004	0.40	0.084
비교강 4	0.262	1.32	0.160	0.012	0.002	0.02	0.02	0.01	0.01	0.003	1.64	0.043
비교강 5	0.451	0.03	0.129	0.008	0.001	0.03	0.01	-	-	0.027	3.50	0.037
비교강 6	0.084	0.25	0.055	0.015	0.004	0.03	-	0.01	0.01	0.002	1.53	0.022
비교강 7	0.233	0.17	0.086	0.009	0.003	0.02	1.16	0.32	-	0.156	2.71	1.636
발명강 1	0.216	0.23	0.134	0.007	0.004	0.02	0.02	0.01	0.01	0.002	1.61	0.042
발명강 2	0.243	0.14	0.093	0.013	0.004	0.02	0.01	0.01	0.01	0.002	2.61	0.032
발명강 3	0.225	0.25	0.065	0.011	0.005	0.03	0.01	0.01	0.01	0.002	3.46	0.032

구분	강종 No.	슬라브 재가열 온도 [℃]	조압연 온도 [℃]	열간 압연 마무리 온도 [℃]	두께 [mm]
비교예 1	비교강 1	1146	968	912	20
비교예 2		1127	995	898	15
비교예 3		1133	876	789	30
비교예 4	비교강 2	1145	1043	900	16
비교예 5		1160	967	915	19
비교예 6		1124	985	932	25
비교예 7	비교강 3	1143	1006	887	12
비교예 8		1155	988	913	25
비교예 9		1129	974	926	40
발명예 1	발명강 1	1130	1029	899	40
발명예 2		1127	1011	897	25
발명예 3		1136	1025	906	19
발명예 4	발명강 2	1129	992	893	10
비교예 10		1133	1048	982	40
발명예 5		1125	1023	941	25
발명예 6	발명강 3	1126	1012	940	25
발명예 7		1123	987	906	40
비교예 11		1134	961	920	80
비교예 12	비교강 4	1117	996	912	25
비교예 13	비교강 5	1141	1014	931	30
비교예 14	비교강 6	1130	1017	942	25
비교예 15	비교강 7	1127	1022	925	25

구분	강종 No.	항복강도 [MPa]	인장강도 [MPa]	연신율 [%]	비용 비교	비고
비교예 1	비교강 1	229	396	31	0.63	YS, TS 미달
비교예 2		227	394	32		YS, TS 미달
비교예 3		232	400	32		YS 미달
비교예 4	비교강 2	293	437	31	2.42	제조 비용 높음
비교예 5		290	435	32
비교예 6		288	434	32
비교예 7	비교강 3	277	446	32	2.08
비교예 8		278	442	32
비교예 9		275	439	32
발명예 1	발명강 1	268	431	32	1	비용 저감 가능
발명예 2		263	428	32
발명예 3		259	422	33
발명예 4	발명강 2	264	430	32	0.75
비교예 10		228	411	33		YS 미달
발명예 5		257	427	32		비용 저감 가능
발명예 6	발명강 3	262	429	32	0.94
발명예 7		260	429	32
비교예 11		204	406	34		YS 미달
비교예 12	비교강 4	381	563	27	2.66	EL 미달
비교예 13	비교강 5	305	524	28	1.03	EL 미달
비교예 14	비교강 6	223	376	36	0.88	YS,TS미달
비교예 15	비교강 7	325	563	23	11.56	EL미달

상기 표 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금 조성과 제조 조건을 충족하는 본 발명예 1~7의 경우, 목표로 하는 항복강도, 인장강도 및 연신율을 확보 가능함을 확인하였다.

특히, 상기 발명예 7로부터 얻어지는 강재의 단면을 광학 현미경으로 촬영한 미세조직 사진을 도 1에 나타내었다. 발명예 7의 경우, 후술하는 비교예들과는 다르게, 항복 강도 및 인장 강도를 모두 만족하였고, Mn의 함량이 0.10% 미만으로 극히 낮을 뿐만 아니라, Cr, Mo, Cu, Ni의 함량 총 값도 가장 적어, 제조 원가를 획기적으로 저감 가능함을 확인하였다.

한편, 발명예 1~7에서는, 면적%로, 페라이트: 70~90%, 및 펄라이트: 10~30%를 포함하는 미세조직을 갖고, 페라이트의 평균 결정립 크기가 30~50㎛ 범위를 충족함을 확인하였다. 또한, 발명예 1~7의 경우, 비교예들에 비하여 목적하는 항복강도, 인장강도 및 연신율의 확보가 가능하면서도, 제조 비용이 0.75~1 범위로 매우 낮아, 원가 절감의 효과가 있음을 확인하였다.

반면, 합금 조성이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1~9에서는 소망하는 특성을 얻을 수 없었다. 구체적으로, 비교예 1~3은 항복 강도 및 인장 강도 중 하나 이상의 특성이 기준치에 미달하였다. 또한, 비교예 4~9는 목적하는 항복 강도 및 인장 강도를 확보하기 위해서는 Cr 및 Mn 등이 과도하게 필요하여, 제조 원가가 2.08~2.42 범위로 너무 높았다.

또한, 합금조성 성분은 본 발명의 범위 내이지만, 제조공정 조건이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 10~11도 항복강도가 기준치에 미달하였다. 구체적으로, 비교예 10은 열간 압연의 마무리 온도가 과도하게 높은 경우로서, 조대한 입도로 인한 강도 저하가 발생하였다. 또한, 비교예 11은 최종 제품의 두께가 두꺼워서, 소재 내부에 축적된 변형 에너지가 지나치게 낮아 입자 미세화 효과가 불충분해 강도가 미달하였다.

또한, 비교예 12 및 13는, 본 발명에서 규정하는 탄소 함량 및/또는 망간 함량을 충족하지 못하고, 관계식 2를 충족하지 못함으로써, 연신율이 미달하고, 제조 원가가 높아 비용 절감이 불가함을 확인하였다.

비교예 14는 본 발명에서 규정하는 관계식 1 및 2와, 제조 조건을 충족하더라도, 본 발명에서 제안하는 탄소 함량이 부족하여, 항복 강도 및 인장강도가 기준치에 미달하였다.

비교예 15는 본 발명에서 규정하는 합금 조성과, 제조 조건을 충족하더라도, 관계식 2를 충족하지 못하여, 연신율이 기준치에 미달하였고, 뿐만 아니라 제조 원가도 매우 높아 비용 절감이 불가함을 확인하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.15~0.25%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 0.15% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.03% 이하(0%는 제외), 황(S): 0.01% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
페라이트와 펄라이트의 이상(dual phase) 조직으로 구성되고,
하기 관계식 1 및 2를 만족하며, 두께가 40㎜ 이하인, 저망간 강재.
[관계식 1]
[C]/[Mn] > 1.5
(상기 관계식 1에 있어서, [C] 및 [Mn]는 각각 괄호 안의 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
[관계식 2]
[Cr] + [Mo] + [Cu] + [Ni] < 0.05
(상기 관계식 2에 있어서, [Cr], [Mo], [Cu] 및 [Ni]은 각각 괄호 안의 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
청구항 1에 있어서,
미세조직으로서, 면적%로, 페라이트: 70~90%, 및 펄라이트: 10~30%를 포함하는, 저망간 강재.
청구항 1에 있어서,
항복강도가 235MPa 이상이고, 인장강도가 400MPa 이상인, 저망간 강재.
청구항 3에 있어서,
연신율이 30% 이상인, 저망간 강재.
청구항 1에 있어서,
상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 30~50㎛인, 저망간 강재.
중량%로, 탄소(C): 0.15~0.25%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 0.15% 이하(0%는 제외), 인(P): 0.03% 이하(0%는 제외), 황(S): 0.01% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al): 0.05% 이하(0%는 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 강 슬라브를 1050~1180℃에서 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 950~1050℃에서 조압연하는 단계; 및
상기 조압연된 슬라브를 800~950℃에서 열간 압연함으로써 두께가 40㎜ 이하인 열연 강판을 얻는단계;
를 포함하는, 저망간 강재의 제조방법.
[관계식 1]
[C]/[Mn] > 1.5
(상기 관계식 1에 있어서, [C] 및 [Mn]는 각각 괄호 안의 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
[관계식 2]
[Cr] + [Mo] + [Cu] + [Ni] < 0.05
(상기 관계식 2에 있어서, [Cr], [Mo], [Cu] 및 [Ni]은 각각 괄호 안의 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
청구항 6에 있어서,
상기 열간 압연 중에, 강판 표면에 100 bar 이상의 고압수를 분사함으로써 표면 스케일층 두께가 최소가 되도록 디스케일링을 실시하는, 저망간 강재의 제조방법.