KR102119970B1

KR102119970B1 - 표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판과 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102119970B1
Application number: KR1020180139480A
Authority: KR
Inventors: 강기철; 이원휘; 이규영; 송연균; 김종호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-06-05
Also published as: KR20200055874A

Abstract

본 발명은 중량%로, C: 0.005~0.7%, Mn: 0.2~23.0%, Al: 0.001~2.0%, P: 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), Ti: (48/14)×[N]~0.1% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 표면에 상부가 평탄한 형태의 표면 산화물이 형성되어 있고, 표면조도(Ra)가 0.3~1.0㎛인 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판을 제공한다.

Description

표면품질과 연속생산성이 우수한 고강도 냉연강판과 이의 제조방법{HIGH STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT SURFACE PROPERTY AND CONIOUSOUS PRODUCTIVITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 표면품질이 우수하고 연속생산성이 높은 고강도 냉연강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 지구환경 보전을 위한 이산화탄소 규제 강화로 인하여 자동차의 경량화 및 자동차의 충돌 안정성 향상을 위한 자동차용 강판의 고강도화가 지속적으로 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해서 최근 강중 Si 및 Mn 등 원소의 첨가를 통해 재질을 확보하는 강종이 증가하고 있다. 강판의 강도를 높이는 위해서는 탄소를 비롯한 강의 강화성분들의 첨가량을 증가시키는 방법 등을 쉽게 생각할 수 있으나, 자동차 차체용 강판의 경우에는 차체로 성형하는 과정에서 크랙이 발생하지 않아야 하므로 높은 강도뿐만 아니라 우수한 연신율도 동시에 확보되어야 하는 문제가 있다.

자동차용 강판의 강도와 연성을 동시에 확보하기 위해서 강 중에 주로 Si, Mn, Al, Cr, Ti 등의 성분을 첨가하고 있으며, 이들의 첨가량을 적절히 조절하고 제조공정 조건을 제어하면 높은 강도와 연성을 갖는 강판을 제조할 수 있다. 특히, 강판의 강도가 상승할수록 강 중에 Si, Mn, Al 등의 성분을 다량 첨가하여 목표로 하는 강도와 연신율을 확보할 수 있다.

고강도강 재질 확보를 위해 첨가되는 강성분 중 Si 은 다수의 고강도 강종에 첨가되고 있다. Si 는 소둔 과정에서 베이나이트가 형성될 때 탄화물 석출을 지연시켜 탄소함량을 유지하여 잔류 오스테나이트 안정화에 기여한다. 또한 Si 는 페라이트 내에 고용되어 고용강화를 형성함으로써 강도 상승 및 상(phase)간 강도의 균형을 유지하여 안정적인 재질 및 성형성 확보에 기여한다. 또한 Mn 은 페라이트 형성을 억제하고 오스테나이트를 안정하게 하는 경화능 증가원소이며, 강판의 강도 향상에 기여한다.

그러나 위와 같이 Si 와 Mn 은 강판의 재질 확보를 위해 필수적으로 첨가되어 되어야 하지만, Si 과 Mn 은 산소 친화력이 굉장히 높은 원소로서 소지철의 기지부 원소인 Fe 보다 산소 친화력이 높기 때문에 Fe가 산화되지 않는 분위기에서도 표면에 산화물을 형성하는 특징을 가지고 있다.

통상적으로 냉연강판은 연속소둔을 통해 강종별 설계된 미세조직을 형성하여 원하는 재질을 얻고 있다. 일반적으로 연속소둔 과정은 가열대에서 상온에서 A3 또는 A1 온도 이상으로 가열하여 균열대에서 40~120초간 유지한 후 서냉 및 급랭 과정을 포함한다. 가열대 및 균열대에서 최대 온도는 강종마다 상이하지만 통상 750~900℃ 범위 내에 존재하며, 이때 가열 분위기는 강판의 산화를 억제하기 위해 특정한 조건의 환원 분위기에서 진행된다. 소둔로 내 환원 분위기는 냉간 압연된 강판의 표면에 잔류할 수 있는 Fe 산화물을 등을 환원시키고 추가 산화를 억제하기 위해 N₂-5~8%H₂ 가스 분위기에서 이슬점을 -40~60℃로 유지한다. 이슬점 -40~60℃ 범위에서 산소 분압은 800℃, 5%H₂ 분위기 기준으로 2.8×10^-24~1.0×10^-26 atm 범위로, 극도로 낮은 산소 분압을 유지한다. 이때 산소 분압에서 Fe 는 환원영역에 속하여 표면에서 Fe계 산화물이 잔류한다면 소둔로 내 수소 가스에 의해 Fe 로 환원된다. 하지만, 산소 친화력이 높은 Si 과 Mn 의 산화물 형성에 필요한 임계 산소 분압은 각각 10^-35, 10^-30 atm 범위로 소둔로 내 산소분압보다 낮기 때문에, 강중에 포함된 Si 및 Mn 은 소둔 과정에서 표면에 산화물 형성한다. Si 과 Mn 은 강중에서 대부분 고용상태로 존재하지만 소둔로 투입된 강판 표면에 일정 산소 분압이 존재하면, 그 산소 분압이 Si 과 Mn 의 확산 구동력으로 작용하여 표면으로 확산 및 농화하여 산소와 반응하여 표면 산화물을 형성하게 된다.

위와 같이 소둔 중에 발생하는 Si 및 Mn 의 표면 산화물은 소둔 이후 공정 및 제품의 표면품질의 여러 가지 영향을 미친다. 특히 Si 및 Mn 계 표면 산화물은 표면에너지가 낮은 안정한 산화물이다. 만약 후속 공정으로 용융도금이 진행된다면, Si 및 Mn 계 산화물은 액상의 Zn 보다 표면에너지가 낮기 때문에 표면 산화물이 형성된 강판 표면에 액상 Zn 의 젖음성이 저하되어 미도금 결함이 발생하거나 도금이 형성되어 도금 밀착성이 확보되지 않아 도금박리가 발생할 수 있다. 또한 냉연강판의 인산염 처리 시 표면 산화물은 인산염 용액 내 반응이온과 강판 Fe와의 접촉을 물리적으로 차단하여 반응성을 저하시키기 때문에 인산염 처리 후 강판 표면에 인산염 미형성 영역이 발생하여 인산염 처리성을 저하시킨다.

또한 연속소둔로 내 강판의 통판을 위해 적용하고 있는 허스롤(hearth roll) 표면에는 강판의 사행과 롤에 의한 긁힘을 방지하기 위해 용사 코팅을 실시한다. 여기서 용사 코팅은 세라믹 소재와 금속소재를 혼합한 복합소재를 사용한다. 그런데 강판 표면 산화물은 허스롤 용사코팅 소재 내 금속 소재와 반응한다. 용사코팅의 금속소재는 내산화성이 높은 MCrAlY 등의 소재를 사용하는데 강판 표면 산화물 중 Si-Mn-O와 용사코팅 금속 소재 중 Al 등의 특정원소가 반응하여 복합산화물을 형성하여 허스롤 코팅 표면에서 성장(build-up)한다. 이러한 상태로 강판의 통판이 지속되면 강판 표면 산화물이 허스롤 표면에 지속적으로 반응하여 복합산화물이 커질 수 있고, 성장한 복합산화물의 크기가 일정 이상이 되면 복합산화물이 강판을 찍어 덴트(dent) 결함을 유발한다. 이러한 덴트 결함이 발생하게 되면 강판의 표면 품질을 저하시킬 뿐만 아니라 표면 품질이 일정 이하로 저하되면 연속 소둔 라인을 정지하여 허스롤 표면의 복합산화물을 제거해야 하기 때문에 연속생산성이 저하되는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 기술 중의 하나로, 특허문헌 1 은 롤에 부착되는 내부산화 결정립을 기계적인 장치를 이용하여 떼어내는 방식을 사용하고 있다. 롤 표면에 이물 제가 장치에 장착된 블레이드를 접근시킨 후 연마 작용에 의해 롤에 부착된 표면 산화물 반응 복합산화물 등의 이물질을 제거하고 제거된 이물질을 흡입하여 소둔로가 이물에 의해 오염되지 않도록 한다. 이러한 방식은 롤에 부착되는 물질을 제거함으로써 강판을 제조하는 방식에 있어 제약을 받지 않는 장점이 있다.

하지만, 소둔로 내에는 많은 수의 롤이 있고 특정 롤에서만 표면 산화물과의 반응물이 형성되는 것은 아니기 때문에, 롤 마다 설비를 설치하게 되면 제작 비용이 증가한다. 그리고, 강판의 통판 시 롤의 진동이 발생하며, 롤에 이물이 부착되기 시작하는 시점에는 크기가 수 ㎛로 작기 때문에 플레이트 접근을 통해 부착물을 떼어내는 것은 기술적으로 어려움이 많다. 그리고 롤과 플레이트가 충돌하게 되면 롤 표면용사 코팅 또는 롤 소재 표면의 손상될 수 있는 문제점이 있다.

한국특허공개공보 제10-2008-0053700호

본 발명은 고강도이며 연속 10 코일 소둔 조업 시에도 덴트 결함이 발생하지 않아 연속생산성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 사항으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.005~0.7%, Mn: 0.2~23.0%, Al: 0.001~2.0%, P: 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), Ti: (48/14)×[N]~0.1% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 표면에 상부가 평탄한 형태의 표면 산화물이 형성되어 있고, 표면조도(Ra)가 0.3~1.0㎛인 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판이다.

상기 냉연강판은 중량%로, Si: 2.0% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상을 0.1% 이하, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하를 더 포함할 수 있다.

상기 냉연강판은 인장강도가 400MPa 이상, 인장강도×연신율 값이 8,000MPa% 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.005~0.7%, Mn: 0.2~23.0%, Al: 0.001~2.0%, P: 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), Ti: (48/14)×[N]~0.1% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 상기 슬라브를 1000~1300℃ 로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 Ar3 이상의 마무리 열간 압연 온도에서 사상압연하고, 550~750℃ 에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연강판에 대하여 소둔 이슬점 온도가 -80~-50℃로 제어되며, 가스가 2~8부피% 수소와 잔부 질소 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스로 구성되는 분위기에서, 750~900℃의 온도에서 5~120초 동안 연속소둔하는 단계; 를 포함하며, 상기 연속소둔하는 단계에서, 연속소둔 후 서냉 구간으로 통판시키기 전에 표면 연마하여 표면 산화물의 일부를 제거하는 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법이다.

상기 슬라브는 중량%로, Si: 2.0% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상을 0.1% 이하, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하를 더 포함할 수 있다.

상기 표면 연마는 연마브러쉬를 이용하여 실시될 수 있다.

상기 제조방법에 의하면 연속 10 코일 생산 시에도 냉연강판의 표면에 덴트(dent) 결함이 발생하지 않을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인장강도가 400MPa 이상이고, 인장강도×연신율이 8,000MPa% 이상으로서 고강도이며, 표면 산화물의 형성이 억제 또는 제거되어 표면품질이 우수한 동시에 연속 10 코일 소둔 조업 시에도 덴트 결함이 발생하지 않는 냉연강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

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

도 1 은 연속소둔 시 강판 표면 산화물의 허스롤 부착 및 덴트 결함이 발생하는 과정에 관한 모식도이다.
도 2 는 연속소둔 후 강판 표면에 형성된 표면 산화물을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.

이하에서는 먼저 본 발명의 일 측면에 따른 고강도 냉연강판에 대하여 자세히 설명한다. 본 발명에서 각 원소를 함량을 나타낼 때 특별히 달리 정하지 아니하는 한, 중량%를 의미한다는 것에 유의할 필요가 있다. 또한, 결정이나 조직의 비율은 특별히 달리 표현하지 아니하는 한 면적을 기준으로 한다.

[고강도 냉연강판]

먼저 본 발명의 일 측면에 따른 고강도 냉연강판은, 중량%로, C: 0.005~0.7%, Mn: 0.2~23.0%, Al: 0.001~2.0%, P: 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), Ti: (48/14)×[N]~0.1% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

C: 0.005~0.7%

C 는 페라이트와 오스테나이트 내 고용강화와 마르텐사이트 강도 확보를 위하여 필요한 원소로서, 상기 효과를 얻기 위해서는 적어도 0.005% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 C 함량이 0.7%를 초과하는 경우에는 페라이트와 오스테나이트 강도와 마르텐사이트 분율 및 강도 상승이 과도해져 연성과 굽힘 가공성이 나빠지고, 탄소 당량 상승으로 인한 용접성이 감소하여 프레스 성형 및 롤가공성이 나빠지는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서 C 는 0.005~0.7%로 포함되는 것이 바람직하다.

Mn: 0.2~23.0%

Mn 은 페라이트 형성을 억제하고 오스테나이트를 안정하게 하는 경화능 증가 원소이다. 또한, 강판의 강도 향상에 유리한 원소로서 강판의 인장강도를 400MPa 이상 확보하기 위해서 0.2% 이상 포함되는 것이 바람직하다. Mn 함량이 증가할수록 강도 확보 및 잔류 오스테나이트의 안정화에 용이하지만, 23%를 초과하는 경우에는 생산 원가가 상승하는 경제적 문제가 있다. 따라서 본 발명에서 Mn 는 0.2~23.0%로 포함되는 것이 바람직하다.

Al: 0.001~2.0%

Al 은 제강 공정에서 탈산을 위해 첨가되며, 페라이트 내 고용되어 고용강화를 발생하여 강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해 적어도 0.001% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 2.0%를 초과하는 경우에는 냉연재의 소둔과정에서 강판 표면에 필름형태의 연속적인 산화막을 형성하여 인산염 처리성이 열위해지는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서 Al 은 0.001~2.0%로 포함되는 것이 바람직하다.

P: 0.04% 이하(0은 제외)

P 는 강 중에 통상적으로 혼입되는 불순물 원소로서 그 함량이 0.04%를 초과하면 용접성이 저하되고, 강의 취성이 발생할 위험성이 커지며, 또한, 덴트 결함의 유발 가능성이 높아진다. 따라서 본 발명에서 P 는 0.04% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

S: 0.015% 이하(0은 제외)

S 는 P 와 마찬가지로 강 중 불순물 원소로서, 강판의 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. 그 함량이 0.015%를 초과하면 강판의 연성 및 용접성을 저해할 가능성이 높아지므로, 그 상한을 0.015%로 한정하는 것이 바람직하다.

N: 0.02% 이하(0은 제외)

N 의 함량은 0.02% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. N은 0.02%를 초과하면 AlN의 형성에 의하여 연주 시 크랙이 발생할 위험성이 크게 증가하므로, 그 상한을 0.02%로 한정할 수 있다. 한편, 강 중 N 함량은 적을수록 바람직하므로 그 하한은 별도로 한정하지 않을 수 있으나, 경제성을 고려하여 하한을 0.0005% 이상으로 할 수 있다.

Ti: (48/14)×[N]~0.1%

Ti 의 함량은 (48/14)×[N]~0.1%가 바람직하다. Ti 은 질화물 형성원소로서 강중 N의 농도를 감소시키는 효과가 있으며, 이를 위해서는 화학당량적으로 (48/14)×[N]이상을 첨가할 필요가 있다. 그러나, Ti 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 고용 N 의 제거 외에 추가적인 탄화물 석출에 의한 마르텐사이트의 탄소 농도 및 강도 감소가 이루어지므로 그 상한을 0.1%로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 측면에 따른 고강도 냉연강판은 상기 합금조성 이외에 추가로, Si: 2.0% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상을 0.1% 이하, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하를 선택적으로 더 포함할 수 있다.

Si: 2.0% 이하

Si 는 강의 항복강도를 향상시킴과 동시에 상온에서 잔류 오스테나이트 및 페라이트를 안정화시키는 원소이다. Si 는 냉각 시 오스테나이트로부터 시멘타이트의 석출을 억제하고, 탄화물의 성장을 현저히 저지함으로써 복합상을 가지는 강종의 경우 충분한 양의 잔류 오스테나이트를 안정화시키는데 기여한다. 따라서, 본 발명에서와 같이 인장강도 400MPa 이상이면서 8,000MPa% 이상의 인장강도×연신율을 확보하기 위하여 필요에 따라 Si 을 첨가할 수 있다. 그러나, 상기 Si 함량이 2.0%를 초과하는 경우에는 열간압연 부하가 증가하여 열연크랙을 유발할 뿐만 아니라, 다른 합금성분과 제조방법이 본 발명의 범위를 만족하더라도 소둔 후 강판 표면의 Si 농화량 및 표면 산화물 형성량이 과도해져서 열연강판 표면 적스케일 결함 및 냉연강판 띠형 결함이 발생하고, 냉연강판의 인산염 처리성이 열위해지는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서 Si 는 2.0% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상: 0.1% 이하

Sb, Sb 또는 Bi 는 냉간 압연된 강판의 표층부에 농화물로 존재하며, 연속소둔 조업 중 Si 의 표면 농화 및 산화물 형성을 억제하여 용융 도금성 및 화성처리성 등을 개선시킨다. 하지만 이들 원소의 함량이 0.1%를 초과하는 경우 강판의 연성이 열위해져 열간압연 및 냉간압연 과정에서 엣지 크랙 또는 중심부 크랙이 발생하는 문제점이 발생할 수 있으며, 산세성 및 용융도금 후 도금 밀착성이 열위해지는 문제점이 있기 때문에 0.1%로 상한은 제한한다.

Cr: 1.0% 이하

Cr 의 함량은 1.0% 이하가 바람직하다. Cr 은 경화능 증가 원소로서 페라이트의 형성을 억제하는 장점이 있으며, 상기 효과를 위해서는 1.0% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0%를 초과하는 경우에는 투입량 과다에 의한 원가 증가로 인해 그 상한을 1.0%로 제어하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.1% 이하

Mo 의 함량은 0.1% 이하가 바람직하다. Mo 는 Cr 과 마찬가지로 강도 향상에 기여할 뿐만 아니라, 인산염 처리성을 저하시키지 않기 때문에 강도 확보에 효과적이다. 그러나, 0.1%를 초과하는 경우에는 투입량 과다에 의한 원가 증가로 인해 그 상한을 0.1%로 제어하는 것이 바람직하다.

Ni: 0.5% 이하

Ni 은 강판의 강도 향상을 위해 0.5% 이하로 첨가될 수 있다. 상기 Ni 은 소둔 과정에서 표면에 거의 농화되지 않으므로 산화물을 형성하지 않지만, 0.5%를 초과하는 경우에는 강판의 산세가 불균일해지므로 그 상한을 0.5%로 제어하는 것이 바람직하다. Ni 의 하한은 별도로 한정하지 않을 수 있으나, 유의미한 강도 향상의 얻기 위해서는 0.005% 이상 포함될 수 있다.

Nb: 0.1% 이하

Nb 의 함량은 0.1% 이하가 바람직하다. Nb 은 오스테나이트 입계에 탄화물 형태로 편석되어 소둔 열처리 시 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하여 강도를 증가시키는데 유리한 원소이다. 그러나, 0.1%를 초과하는 경우에는 투입량 과다에 의한 원가 증가로 인해 그 상한을 0.1%로 제어하는 것이 바람직하다.

B: 0.005% 이하

B 의 함량은 0.005% 이하가 바람직하다. 강 중 B 은 강도 확보를 위해 첨가될 수 있다. 다만, B 의 함량이 0.005%를 초과하는 경우에는 소둔 후 제품 표면에 농화되어 인산염 처리성을 저하시키므로, 그 상한을 0.005%로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 언급된 합금원소 이외에 나머지는 철(Fe) 성분이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수 없다. 이들 불순물들은 통상의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에, 그 모든 내용을 상세히 언급하지 않는다. 다만 비제한적인 일 구현례로서 상기 불순물은 탈산 및 탈탄을 위해 불가피하게 투입하는 성분들로 인한 불순물과 일정량의 철스크랩을 투입함으로써 생기는 불순물, 예를 들면, Cu, Mg, Zn, Co, Ca, Na, V, Ga, Ge, As, Se, In, Ag, W, Pb, Cd 등을 들 수 있으며, 이들을 각각 0.03% 미만으로 함유하게 되더라도 본 발명의 효과를 떨어뜨리지 않는다.

한편 본 발명의 일 측면에 따른 고강도 냉연강판의 표면에는 평탄한 형태의 표면 산화물이 형성되어 있을 수 있다. 상기 표면 산화물은 강 중의 Mn 또는 Si 이 소둔 과정에서 표면으로 확산하여 형성된 것으로서, 통상적으로는 구 형태 또는 반구 모양의 렌즈 형태를 가진다. 그러나 본 발명에 따른 제조방법에서는 소둔된 냉연강판을 서냉구간으로 통판시키기 전에 연마브러쉬를 이용하여 표면연마를 실시함으로써 표면 산화물의 상단 일부를 제거한다. 이로 인해 본 발명의 냉연강판에 형성된 표면 산화물은 렌즈 형태에서 상단부가 제거되어 평탄한 형태를 가지게 되며, 경우에 따라서는 원반 형태를 가질 수도 있다.

또한 상기 표면 산화물의 수직 단면을 관찰하였을 때, 표면 산화물의 두께가 5nm 이하인 것이 바람직하다. 표면 산화물의 높이가 연마에 의해 5nm 이하로 낮아지게 되면 연속 소둔로 내 고온부 통판 시 허스롤과 강판이 접촉할 때 표면 산화물이 허스롤 표면에 물리적으로 접촉하여 표면 산화물과 허스롤 표면 용사코팅 물질 간 물리-화학적 접합 반응이 발생할 확률이 감소하여 덴트를 유발하는 허스롤 표면 산화물 픽업물질의 생성 및 성장이 저하되어 덴트 발생률이 낮아질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 고강도 냉연강판의 미세조직은 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 오스테나이트 중 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 조업 중 냉연강판 표면에 발생하는 덴트 결함은 강중 포함된 Mn 또는 Si 성분에 의해 발생되는 표면 산화물에 의한 것으로서 미세조직에 의한 영향은 미미하기 때문에, 미세조직의 각 상의 면적분율은 특별히 한정하지 않을 수 있다. 다만 비제한적인 일 구현례로서 본 발명의 냉연강판은 면적분율로, 페라이트 50% 이하(0% 포함), 베이나이트 80% 이하(0% 포함), 마르텐사이트 50% 이하(0% 포함) 및 잔부 오스테나이트를 포함할 수 있다.

상술한 합금조성 및 미세조직을 가지는 냉연강판은 400MPa 이상의 인장강도와 8,000MPa% 이상의 인장강도×연신율을 가질 수 있다. 또한 상술한 표면 산화물 형태를 가지는 냉연강판은 표면조도(Ra)가 0.3~1.0㎛ 일 수 있다.

다음으로 이하 본 발명의 다른 일 측면에 따른 고강도 냉연강판의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.

[고강도 냉연강판의 제조방법]

본 발명의 다른 일 측면에 따른 고강도 냉연강판의 제조방법은, 상술한 합금조성을 가지는 슬라브를 준비하고 이를 재가열하는 단계, 재가열한 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계, 상기 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계 및 상기 냉연강판을 연속소둔하는 단계를 포함한다. 또한 연속소둔하는 단계에서 서냉 구간으로 통판하기 전에 연마브러쉬로 강판 표면을 표면 연마하는 단계를 포함한다.

슬라브 준비 및 재가열 단계

먼저 상술한 합금조성을 가지는 슬라브를 준비하고, 상기 슬라브를 재가열한다. 이때 상기 재가열은 1000~1300℃의 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 재가열 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 열간압연 하중이 급격히 증가하여 열연 조업성이 열위해지는 문제가 발생할 수 있으며, 반면에 1300℃를 초과하는 경우에는 재가열 비용의 상승 및 표면 스케일 양이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 상기 재가열 온도는 1000~1300℃로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1100~1300℃로 제한할 수 있다.

열연강판을 제조하는 단계

상기 재가열된 슬라브를 Ar3 온도 이상의 마무리 열간 압연 온도 범위에서 사상압연하여 열연강판을 얻는다. 상기 마무리 열간 압연 온도가 Ar3 미만이면 페라이트 및 오스테나이트의 2상역 혹은 페라이트역에서 압연이 이루어져서 혼립 조직이 만들어지며, 열간압연 하중의 변동으로 인한 오작이 발생할 수 있다.

상기 열연강판을 얻은 후, 상기 열연강판을 550~750℃ 이하의 온도에서 권취할 수 있다. 상기 권취 온도가 750℃를 초과하는 경우에는 열연 내부산화가 과도하게 발생하여 덴트 결함을 유발할 수 있으며, 강판 표면의 산화막이 과다하게 생성되어 결함을 유발할 수 있으므로 상기 온도를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 750℃ 이하의 온도라면 그 하한은 특별히 한정하지 않을 수 있으나, 550℃ 미만인 경우에는 냉간압연 부하를 증가시키는 문제를 야기할 수 있으므로, 권취온도는 550℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.

냉연강판을 제조하는 단계

이후, 상기 열연강판을 산세한 후 냉간 압연하여 냉연강판을 얻는다. 비제한적인 일 구현례로서 열연강판의 산세는 염산 5~30부피%의 산세탱크 내 강판을 150~300mpm의 속도로 연속적으로 통판시켜 열연강판 표면에 형성된 스케일만 제거하고, 염산 용액이 강판 표면을 부식시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한 냉간압하율은 통상적으로 적용되는 40~60%로 냉간 압연할 수 있으나, 적절한 냉간압하율은 강종에 따라 상이하므로 이에 한정하는 것은 아니다.

연속소둔하는 단계

상기 냉연강판에 대하여 소둔 이슬점 온도가 -80~-50℃로 제어되며, 가스가 2~8부피% 수소와 잔부 질소 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스로 구성되는 분위기에서, 750~900℃의 온도에서 5~120초 동안 연속소둔을 실시할 수 있다.

본 발명에서와 같이 높은 강도와 연신율을 갖는 강판을 제조하기 위해서는 강중에 다량의 Mn, Si, Al 이 첨가된다. 이러한 강판에 대해 일반적인 소둔 조건을 적용하는 경우 표면에 Mn 및/또는 Si 의 산화물이 형성된다. 구체적으로 다량의 Si, Al, Mn 이 첨가된 강판을 냉간 압연한 후 환원 분위기 내에서 소둔을 실시하면, 소둔로 내에 존재하는 산소와 수증기의 평형반응에 의해 생성된 산소로 인해 강판표면에서 내부까지 일정한 산소 농도구배가 형성된다. 이때의 산소농도가 상기 합금원소들이 산화되기 위하여 필요로 하는 임계산소농도 이상이고, 합금원소가 독립적으로 존재하는 것보다 산화 반응함으로써 깁스자유에너지가 낮아져 에너지적으로 안정하게 되는 경우, 합금원소들이 산화되어 표면에 산화물을 생성한다. 산화물 형성에 따른 에너지 안정화는 합금원소가 표면 방향으로 확산할 수 있는 구동력을 제공하며, 에너지 안정화 정도는 합금원소에 따라 상이하다. Mn, Si, Al 은 대표적인 산화성 원소로서 산화물 형성에 따른 에너지 안정화도가 타원소와 비교하여 상대적으로 높다. 따라서, 환원소둔 중에 표면으로 빠르게 확산하여 강판표면 0.1㎛ 이내 영역에서 고갈층을 형성하면서 표면에 다량의 산화물을 형성한다. 이때, 환원소둔된 강판의 표면은 대부분 산화물로 덮이게 되고, 강판이 소둔로 내 허스롤 통과할 때 허스롤 표면과 산화물이 지속적으로 반응하여 복합산화물을 허스롤 표면에 성장시켜 일정 크기 이상에서는 강판 표면에 덴트 결함을 유발시킨다.

본 발명에서는 강판 표면에서의 산화물 형성을 억제하기 위하여, 이슬점 온도가 -80~-50℃로 제어된 환원 분위기의 소둔로에서 소둔을 실시한다. 상기 이슬점 온도가 -50℃ 보다 높은 경우에는 강판 표면에서의 임계산소 농도가 Mn, Si 의 산화물 형성에 요구되는 임계산소 농도보다 높아져, 가열 중 Mn, Si 가 강판 표면에 농화되어 산화물이 과도하게 형성된다. 이로 인해 덴트 결함을 빨리 유발하여 연속생산성이 열위하게 된다. 한편, 이슬점 온도를 -80℃보다 낮게 제어하는 것은 기술적으로 어렵기 때문에 본 발명에서는 상기 이슬점 온도 범위를 -50~-80℃의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서의 연속소둔은 750~900℃의 온도에서 5~120초 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 강판의 충분한 재결정 조직을 확보하기 위해서는 상기 소둔 온도를 750℃ 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 반면에 소둔 온도가 900℃를 초과하는 경우에는 소둔로의 수명이 감소하는 단점이 있으므로, 상기 소둔 온도는 750~900℃로 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소둔 시간은 균일한 재결정조직을 얻기 위해서 최소 5초가 필요하며, 120초를 초과하는 경우에는 균열 가열 시간이 과도하여 강성분이 표면으로 확산하여 산소와 반응할 수 있는 충분한 시간이 주어져 강판 표면에 산화물이 과도하게 형성되는 문제점이 있다.

표면 연마하여 표면 산화물을 제거하는 단계

상기 재결정 소둔 된 냉연강판을 서냉 구간으로 통판시키기 전에 표면 연마하여 강판 표면에 생성된 표면 산화물의 일부를 제거할 수 있다. 또한 상기 표면 연마는 연마 브러쉬를 이용하여 실시될 수 있다. 이와 같이 연마 브러쉬를 이용하여 표면 연마를 하면 강판 표면의 산화물의 상단 일부가 제거되어 산화물의 형태가 통상의 볼록한 모양의 렌즈 형태가 아닌 상부가 평탄한 형태가 된다. 경우에 따라서는 상기 표면 산화물의 형태는 원반 형태일 수 있다. 또한 바람직하게 상기 표면 연마는 표면 산화물의 두께가 5nm 이하가 되도록 실시될 수 있다. 표면 연마 시 강판의 조도는 Ra 기준으로 0.3~1.0㎛ 범위를 가지도록 한다. 0.3㎛ 이하는 기술적으로 형성하기 어렵고, 1.0㎛을 초과하면 강판의 표면 거칠기가 커져 표면 품질이 저하될 수 있다.

연마브러시의 재질은 고온에서 사용이 가능한 스테인리스 300계 소재를 사용할 수 있다. 또한 강판 표면에 스크래치가 발생하지 않도록 브러쉬 선재의 끝단이 둥근 형태가 되도록 제조하고, 브러쉬의 단면 지름은 1mm 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 브러쉬는 4~6개의 브러쉬를 강판 폭방향으로 일렬로 설치하는 것이 바람직하고, 2개소에 이러한 브러쉬를 설치하여 강판 폭방향으로 균일하게 연마되도록 한다. 연마브러쉬는 일정 속도로 회전하며, 그 회전속도는 50~500rpm 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 강종별 표면 산화물 형성량 및 소둔로 상황에 따라서 조절할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

먼저 하기 표 1 에 기재된 합금조성을 갖는 슬라브를 제조한 후 표 2 의 조건에 기재된 온도에서 4시간 유지하여 재가열하였다. 상기 재가열된 슬라브에 대해 디스케일을 실시하고 표 2 에 기재된 조건으로 열간압연 및 권취하였다. 권취 후 권취온도에 해당되는 보온로에 1시간 동안 유지시킨 후 로냉을 실시하였다.

냉각이 완료된 열연강판에 대해 80℃, 19부피% HCl 용액으로 산세를 실시하여 강판 표면의 산화철을 용해시켰다. 산세가 완료된 강판에 대해 표 2에 나타난 압하율로 냉간압연을 실시하였다. 이렇게 얻어진 냉연강판은 전처리를 통해 표면에 묻은 이물질을 제거하고 하기 표 2에 기재된 조건으로 소둔을 실시하였고, 연속으로 10개 코일을 소둔 공정에 투입하여 덴트 결함 발생여부를 평가하였다.

강종	화학조성(중량%)
강종	C	Mn	Si	Al	P	S	N	Cr	Mo	Ti	Ni	Nb	B	Sb	Sn	Bi
1	0.18	2.5	1.5	0.004	0.001	0.0013	0.004	0.3	0.03	0.020	0.3	0.05	0.0015	0.0324	0	0
2	0.03	0.5	0.03	0.02	0.001	0.001	0.01	0.05	0.01	0.034	0.05	0.005	0.001	0	0.0213	0
3	0.214	0.02	0.162	0.003	0.002	0.001	0.014	0.2	0.05	0.048	0.02	0.07	0.0015	0	0	0.012
4	0.15	15.0	0.32	0.005	0.001	0.0013	0.012	0.3	0.067	0.040	0.05	0.08	0.0017	0	0.034	0
5	0.178	2.46	1.61	0.004	0.001	0.0013	0.0045	0.028	0.0275	0.0015	0.31	0.045	0.0017	0	0	0
6	0.145	2.224	3.57	0.003	0.0012	0.0012	0.0026	0.21	0.0023	0.009	0.014	0.023	0.0015	0	0.032	0
7	0.152	1.56	1.09	0.003	0.002	0.0087	0.011	0.3	0.0023	0.045	0.017	0.005	0.0013	0.0017	0	0
8	0.147	24.45	1.23	0.0012	0.0017	0.001	0.013	0.45	0.01	0.050	0.02	0.07	0.0017	0	0.231	0
9	0.174	2.457	1.487	0.0021	0.0012	0.0008	0.011	0.34	0.012	0.038	0.045	0.061	0.0021	0	0	0.017
10	0.08	1.65	0.52	0.0023	0.0014	0.0007	0.013	0.57	0.087	0.045	0.023	0.045	0.0017	0	0.0345	0

구분	강종	열연조건			산세/냉연 조건		소둔조건
구분	강종	슬라브 재가열 온도 (℃)	마무리 열간 압연 온도 (℃)	권취 온도 (℃)	산세 속도 (mpm)	냉간 압하율 (%)	균열대 온도 (℃)	강판 표면 연마 실시 여부	소둔로 분위기 가스	로내 이슬점 (℃)
발명예1	1	1243	954	621	209	49	811	O	N₂-5%H₂	-54
비교예1	1	1195	951	620	204	56	841	X	N₂-5%H₂	-53
비교예2	7	1262	947	635	190	54	795	X	N₂-5%H₂	-53
발명예2	9	1234	965	631	200	52	795	O	N₂-5%H₂	-55
비교예3	6	1249	957	597	204	48	847	O	N₂-7%H₂	-54
비교예4	4	1224	935	678	223	48	821	X	N₂-6%H₂	-57
발명예3	5	1204	951	644	150	48	842	O	N₂-8%H₂	-54
비교예5	2	1234	947	627	210	57	817	X	N₂-5%H₂	-55
발명예4	2	1157	945	627	200	49	750	O	N₂-7%H₂	-52
비교예6	9	1217	949	635	210	53	812	X	N₂-6%H₂	-56
비교예7	8	1251	946	621	200	57	823	O	N₂-5%H₂	-54
발명예5	4	1242	962	584	208	51	850	O	N₂-5%H₂	-75
비교예8	3	1231	952	624	200	49	805	O	N₂-5%H₂	-51
발명예6	7	1253	946	647	208	45	841	O	N₂-5%H₂	-56
비교예9	5	1234	946	605	180	52	817	X	N₂-7%H₂	-54

또한 제조되는 냉연 강판의 표면의 2차원 표면조도를 JIS-'13 규격으로 측정하여 측정결과를 표 3 에 나타내었으며, JIS-5호 인장시편을 제작하여 인장시험을 실시하여 강판의 인장강도와 연신율을 측정하고, 인장강도와 인장강도(MPa)×연신율(%) 값을 표 3 에 나타내었다.

구분	연속10 코일 작업 시 dent 결함발생여부	표면조도 (Ra, ㎛)	인장강도 (MPa)	인장강도×연신율 (MPa%)
발명예1	미발생	0.45	452	11300
비교예1	발생	0.94	438	10950
비교예2	발생	0.47	1195	29875
발명예2	미발생	0.65	962	30784
비교예3	발생	0.45	1250	15000
비교예4	발생	0.57	567	13041
발명예3	미발생	0.51	1051	16816
비교예5	발생	0.45	1147	14911
발명예4	미발생	0.48	1154	19618
비교예6	발생	0.65	958	30656
비교예7	발생	0.48	1236	17304
발명예5	미발생	0.48	587	12914
비교예8	미발생	0.47	271	8672
발명예6	미발생	0.51	1195	29875
비교예9	발생	0.64	987	13818

상기 표 1 내지 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금조성과 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 6 의 경우에는 인장강도가 400MPa 이상이면서도, 인장강도Х연신율 값이 8,000MPa% 이상으로써 모두 우수한 기계적 물성을 확보하고 있음을 알 수 있다. 또한 연속 10 coil 소둔 조업 시 덴트 결함이 발생하지 않아 연속 생산성이 우수하였다.

반면에 비교예 1, 2, 4, 5, 6 및 9 는 본 발명이 제시하는 합금성분 범위를 만족하였으나, 본 발명이 제시하는 제조조건 중 강판의 표면 연마를 실시하지 않았다. 이 때문에 강판의 재질은 인장강도가 400MPa 이상이면서도, 인장강도×연신율이 8,000MPa% 이상으로써 모두 우수한 기계적 물성을 확보하였지만, 강판의 표면 연마를 실시하지 않아 소둔 과정 중 표면에서 발생한 산화물이 제거되지 않아 코일의 연속 통판 시 표면 산화물이 허스롤 용사코팅 표면과 지속적으로 반응하여 연속 10 코일 내 덴트 결함이 발생하여 연속 생산성이 확보되지 않았다.

한편, 비교예 3 및 7 은 본 발명이 제시하는 제조조건을 만족하였으나, 합금성분 중 각각 Mn 또는 Si 가 초과로 함유되었다. 냉연 강판의 인장강도가 400MPa 이상이면서도, 인장강도×연신율이 8,000MPa% 이상으로 기계적 특성은 확보가 되었으나, 강판의 표면 연마를 실시하여도 산화성 합금성분의 과다로 제거되지 않은 잔류 표면 산화물이 과다하여 연속생산 시 덴트 결함이 발생하였다.

비교예 8 은 제시하는 제조조건을 만족하였으나, 합금성분 중 Mn의 함량이 본 발명이 제시하는 범위에서 미달되었다. 합금성분 중 Mn의 함량이 미달되어 표면 산화물 형성량이 적어 연속 생산 시 덴트 결함은 발생하지 않아 연속생산성은 확보되었으나, 인장강도가 미달되어 기계적 특성이 열위하였다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의기술자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.005~0.7%, Mn: 0.2~23.0%, Al: 0.001~2.0%, P: 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), Ti: (48/14)×[N]~0.1% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
표면에 상부가 평탄한 형태의 표면 산화물이 형성되어 있고,
표면조도(Ra)가 0.3~1.0㎛인 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
제 1 항에 있어서,
상기 냉연강판은 중량%로, Si: 2.0% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상을 0.1% 이하, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
제 1 항에 있어서,
인장강도가 400MPa 이상, 인장강도×연신율 값이 8000MPa% 이상인 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판.
중량%로, C: 0.005~0.7%, Mn: 0.2~23.0%, Al: 0.001~2.0%, P: 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), Ti: (48/14)×[N]~0.1% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계;
상기 슬라브를 1000~1300℃ 로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 슬라브를 Ar3 이상의 마무리 열간 압연 온도에서 사상압연하고, 550~750℃ 에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계;
상기 열연강판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및
상기 냉연강판에 대하여 소둔 이슬점 온도가 -80~-50℃로 제어되며, 가스가 2~8부피% 수소와 잔부 질소 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스로 구성되는 분위기에서, 750~900℃의 온도에서 5~120초 동안 연속소둔하는 단계;
를 포함하며,
상기 연속소둔하는 단계에서, 연속소둔 후 서냉 구간으로 통판시키기 전에 표면 연마하여 표면 산화물의 일부를 제거하는 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 슬라브는 중량%로, Si: 2.0% 이하, Sb, Sn 및 Bi 중 1종 이상을 0.1% 이하, Cr: 1.0% 이하, Mo: 0.1% 이하, Ni: 0.5% 이하, Nb: 0.1% 이하, B: 0.005% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 표면 연마는 연마브러쉬를 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
연속 10 코일 생산 시에도 냉연강판의 표면에 덴트(dent) 결함이 발생되지 않는 것을 특징으로 하는 연속 생산성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.