KR20040059579A

KR20040059579A - 동적변태를 이용한 페라이트 초세립강의 제조방법

Info

Publication number: KR20040059579A
Application number: KR1020020085253A
Authority: KR
Inventors: 서동한; 이재상; 엄경근; 최종교
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-06
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: KR100946050B1

Abstract

동적변태를 이용한 페라이트 초세립강의 제조방법이 제공된다.

번 발명은, 중량%로, C: 0.02~0.3%, Si : 1.5%이하, Mn : 2.0%이하, Ti :0.005~0.1%, N : 0.003~0.03%, 잔여 철 및 부가피한 불순물을 포함하고 1.2≤Ti/N≤3.4를 만족하는 강재를 마련하는 단계; 상기 강재를 그 오스테나이트 입도가 50㎛이하가 되도록 재가열한후, Thr - 50℃ ~ Thr + 50℃의 온도구역에서 그 총변형량이 10%이상이 되도록 동적재결정압연시켜 그 입도를 15㎛이하로 제어하는 단계; 및 상기와 같이 오스테나이트 입도가 제어된 강재를 Ar₃~Ar₃+50℃의 온도범위에서 한 패스당 압하율을 40% 이하로 유지하면서 그 총압하율이 40%이상이 되도록 열간압연하는 단계;를 포함하는 초세립강 제조방법에 관한 것이다.

Description

동적변태를 이용한 페라이트 초세립강의 제조방법{Method for manufacturing the ultra-fine ferrite by dynamic transformation}

본 발명은 초세립의 페라이트 조직을 다량 포함하는 저탄소 구조용강 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 동적재결정에 의해 오스테나이트의 결정립 크기를 15㎛이하로 만들고, 변형유기동적변태를 이용하여 그 입경이 3㎛이하의 초세립의 페라이트 조직으로 이루어진 후판, 열연, 형강, 선재 및 봉강등 제조용 저탄소 구조용강 제조방법에 관한 것이다.

강재의 강도를 향상시키는 방법으로는 석출물강화, 고용강화, 마르텐사이트 강화, 미세펄라이트 강화등 다양한 강화방법들을 들 수 있다. 그러나 이러한 강재의 강화방법들은 강도를 향상시키는 반면에 인성의 열화를 동반하게 된다. 그런데 결정립을 미세화시켜 강재의 강도를 강화시키는 경우에는 고강도화에 동반되는 인성열화문제를 해소할 수 있을 뿐만 아니라 충격천이온도의 저감을 기대할 수 있기 때문에 그 동안 이 분야에 대한 많은 기술적 발전이 진행되어 왔다. 특히, 구조물 제작시 용접접합을 많이 하거나, 강재의 충격인성이 중요한 특성으로 요구되는 경우 주로 사용되는 저탄소 구조용강은 급냉처리(켄칭)를 하는 경우를 제외하고는 미세조직의 대부분이 페라이트로 이루어지게 되는데(이하, "페라이트강"이라 한다), 근래에 들어 이 페라이트강의 결정립 미세화기술이 비약적으로 발전하였다.

이 중에서 강재를 미재결정역에서 압연하여 오스테나이트의 변형대를 생성시킨 후 가속냉각을 함으로써 페라이트의 핵생성속도를 증대시켜 결정립을 미세화시키는, 소위 TMCP(Thermo-Mechanical Controlled Process)법이 근래에 개발되어 결정립 미세화기술에 획기적인 전기를 제공하였다.

TMCP법은 개발당시에는 획기적이었으나, 최근에 들어서는 일반화된 세립강 제조기술로 평가받고 있으며, 저탄소 페라이트강에 적용하는 경우에는 페라이트 결정립을 약 5㎛까지 미세화시킬 수 있는 것으로 알려지고 있다. 그러나 결정립 미세화를 통해 강재를 고강도화하는 경우에는 강도가 결정립 크기의 역수에 의존하여 증대되므로, 페라이트의 결정립이 5㎛ 이하의 범위에서는 결정립 미세화에 따른 강도의 증가속도가 현저히 급격해진다. 따라서 최근에 페라이트 결정립크기가 5㎛ 이하가 되도록 하는 결정립 초세립화기술이 다방면으로 개발되고 있다.

페라이트를 초세립화하는 요건 중에서 가장 영향을 많이 미치는 인자는 오스테나이트의 결정립 크기이다. 오스테나이트로부터 페라이트가 변태될 때 핵생성을 하기 위한 자리가 많을수록 페라이트 핵생성속도가 빨라지고 그 크기도 미세하게 된다. 오스테나이트의 결정립을 미세하게 하는 방법들이 있는데 이중에서 정적재결정을 이용하는 보편적이다. 예를 들면 대한민국 특허공보 1995-3290호, 대한민국특허 공보 1997-7158호, 일본 공개특허공보 평 9-296253호, 일본 공개특허공보 평 7-34125호, 일본 공개특허공보 평 9-316534호등은 오스테나이트의 정적재결정 또는 미재결정역 압하에 의한 페라이트 결정립 미세화 기술로 하지만 그 크기는 약 5㎛ 이상이다.

통상적으로 오스테나이트 결정립은 페라이트가 오스테나이트로 변태되는 안정 구역인 900℃에서 약 20㎛정도의 크기를 가지며 합금첨가에 상관이 없다. 하지만, 특정 목적으로 합금원소를 첨가하는 강이거나 연주슬라브로 생산되는 현장작업조건에서는 통상의 가열온도가 1000℃를 넘게 되어 재가열시 오스테나이트의 결정립은 20㎛ 상의 크기를 가진다.

오스테나이트는 재결정이 동적으로 발생하게 되면 결정립의 크기가 현저하게 줄어들어 20㎛이하의 결정립 크기를 얻을 수 있다. 동적재결정 현상은 강이 오스테나이트로 재가열한후 임계 변형량 이상으로 변형을 받는 경우에 압연동안에 결정이 재결정되는 현상을 말한다. 일반적으로 임계변형량은 초기 오스테나이트 결정립의 크기가 작을수록, Zener-Hollomon parameter가 작을수록 잘 일어난다고 알려져 있다. 이러한 동적재결정 현상을 이용하여 오스테나이트를 미세화시킴으로써 페라이트, 마르텐사이트나 베이나이트 등을 세립화시킬 수 있다는 기술들이 알려져 있다.

예를 들면, 대한민국 특허공보 1998-067680호에서는 압연패스의 변형량을 조절하여 특정패스에서 동적재결정을 발생시킴으로서 열간압연공정에서 압하력을 감소시키고 결정립도를 미세화시킬수 있는 편리한 공정을 소개하였다. 하지만 초기의오스테나이트의 결정립이 너무 조대한 경우에는 동적재결정이 발생하기 어렵다. 또한 동적재결정이 발생하더라도 성장속도가 매우 빨라 성장을 억제하지 않으면 안되나 본 발명에서는 이에 대한 방안이 기술되어 있지 않다.

또 다른 기술로서 대한민국 특허 출원번호 2000-71889호를 들 수 있으며, 이에는 동적재결정을 위한 임계변형량 계산 및 누적압하에 대한 정량적인 평가의 정립등이 기술되어 있다. 동적재결정 발생조건등이 상세히 서술되어 있으나 페라이트결정립미세화 정도가 서술되어 있지 않다. 그리고 대한민국 특허 출원번호 2000-0081073호에서는 오스테나이트의 동적재결정발생으로 페라이트가 미세하게 되고 기계적 성질이 향상되었지만 성분원소인 타이탸늄(Ti)과 질소(N)이 너무 제한적이다.

한편 일본 특개2000-290748호에서는 오스테나이트의 동적재결정을 이용하여 페라이트를 미세화시키고 연속되는 사상압연에 의해 페라이트 결정립의 크기를 4㎛ 이하로 제조하였다. 하지만 동적재결정을 위한 조건은 가열온도를 1150℃미만으로 해야 하고, Ti의 함량이 0.03~0.3wt%로 일반적으로 쓰이는 합금첨가량보다 다량 함유되어 있어 연주시 Ti-oxide의 다량 생성으로 노즐이 막히는 문제점이 야기될 수 있으며, 또한 고가의 합금의 다량사용에 의한 경제적인 약점이 있다.

동적변태를 이용하여 결정립 초미세립화를 도모한 종래기술로서 대한민국 특허출원, 공개번호1999-029986호, 1999-029987호, 1999-58126호, 1999-63186호와, 미국특허 번호4466842호, 5200005호, 6027587호등을 들 수 있다.

상기 공개특허출원 1999-029986에서는 저탄소강을 가열한후 냉각하는 과정에서 오스테나이트 미재결정역 온도범위에서 압하율 30%이상의 압축가공을 하고, 가속냉각을 통해서 페라이트를 미세화시키는 방법을 제시하고 있다. 그리고 상기 공개특허출원 1999-029987에서는 일반탄소강을 먼저 마르텐사이트 조직으로 열처리한후, 이 강을 페라이트 안정온도 범위(500℃~Ac1)로 가열하여 패스당 50% 이상의 압하율로 가공함으로써 페라이트의 회복 및 재결정을 통해 5㎛ 이하로 미세화시키는 방법을 제시하고 있다.

또한 상기 공개특허출원 1999-58126호에서는 저탄소강을 가열한후 냉각시키다가 Ar₃근처에서 80%이상의 강압하를 통해 페라이트 입도를 미세화시키는 방법을 제시하고 있으며, 공개특허 1999-63186호에서는 저탄소강을 가열한후 압연하는 과정에서 마무리압연을 Ar₃±20℃온도범위내에서 패스당 20%이상의 압하율로 항온압연을 하여 페라이트를 미세화시키는 방법을 제시하고 있다.

그리고 미국특허 4466842호에서는 재가열된 저탄소강을 Ar₃온도 근처에서 마무리압연을 할 때, 단일패스 또는 다단패스를 통해 총압하율이 75% 이상이 되도록 하고, 패스간 유지시간을 1초이하로 하여 가속냉각함으로써 페라이트 결정립이 4㎛ 이하가 되도록 미세화시키는 기술을 제시하고 있다. 또한 미국특허 5200005호에서는 극저탄소강을 가열한후 압연하는 과정에서 마무리압연을 페라이트 안정온도인 Ar1 이하의 범위에서 온간압연을 함으로써 페라이트 결정립도가 5㎛ 이하가 되는 초세립강의 제조방법을 제시하고 있으며, 미국특허 6027587호에서는 저탄소강을 가열한 후 압연하는 과정에서 50㎛ 이상의 크기로 유지한 미변태 오스테나이트를 700내지 950^oC의 온도범위에서 압연을 함으로써 강재 표층부에 5㎛ 이하의 초미세립 페라이트를 얻는 제조방법을 제시하고 있다.

즉, 상술한 종래기술에 제시된 발명들은 강재를 제조하는 주요공정인 열간 또는 온간가공공정에서 대압하를 가해야 초세립 페라이트를 얻을 수 있다는 개념을 공통으로 전제하고 있으며, 이에 따라, 특허에 따라서 다소 차이는 있지만 페라이트 세립화를 위한 필요조건으로써 패스당 최소압하율 또는 패스간의 최대유지시간 등을 규정하고 있다. 그러나 이러한 종래기술과 같이 열간가공시에 대압하를 부여하기 위해서는 엄청나게 큰 용량을 가진 압연기 등의 열간가공설비가 필요하여 기존의 설비로는 달성하는 것이 거의 불가능하였으며, 또한 이러한 대압하 부여에 따른 가공열 때문에 형성된 페라이트 조직이 쉽게 성장하는 등 초미세 페레이트 조직을 형성함에 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오스테나이트 결정입도를 동적재결정에 의해 15㎛ 이하의 크기로 제어하고, 페라이트의 변형유기 동적변태를 위한 열간가공 조건을 최적화함으로써 평균결정입 크기가 3㎛이하의 초미세 페라이트 조직으로 이루어진 초세립강 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C: 0.02~0.3%, Si : 1.5%이하, Mn : 2.0%이하, Ti :0.005~0.1%, N : 0.003~0.03%, 잔여 철 및 부가피한 불순물을 포함하고 1.2≤Ti/N≤3.4를 만족하는 강재를 마련하는 단계; 상기 강재를 그 오스테나이트 입도가 50㎛이하가 되도록 재가열한후, Thr - 50℃ ~ Thr + 50℃의 온도구역에서 그 총변형량이 10%이상이 되도록 동적재결정압연시켜 그 입도를 15㎛이하로 제어하는 단계; 상기와 같이 오스테나이트 입도가 제어된 강재를 Ar₃~Ar₃+50℃의 온도범위에서 한 패스당 압하율을 40% 이하로 유지하면서 그 총압하율이 40%이상이 되도록 열간압연하는 단계;를 포함하는 초세립강 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래에는 패스당 압하율을 가능하면 많이 부가함으로써 강재의 초세립화를 확보하려고 하였으나, 이렇게 함에 따라 오히려 가공에 의한 발열량이 너무 커서 소재온도가 상승하여 결정립 성장이 발생한다는 문제점이 있었다. 따라서 실제 조업에서 이런 문제를 해결하기 위해서는 압연기 직후에 소재온도 상승을 방지하기 위해서 엄청난 성능의 냉각장치를 부가적으로 설치하는 것이 필요하였다.

따라서 본 발명자들은 이러한 종래기술의 한계를 극복하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하는 것으로서, 본 발명은 열간가공공정중 소재온도 상승에 따른 결정입성장 문제가 발생하지 않는 범위에서초세립화 할 수 있도록 그 제조공정조건을 최적화함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명자는 강재의 초세립화를 위하여 아래의 3가지 공정조건을 충족하여야 함을 발견하고, 본 발명을 제안하는 것이다.

첫째, 본 발명은 고온에서 안정한 탄질화물을 가진 오스테나이트 조직의 강재를 소정의 조건에서 동적재결정시켜 그 조직을 15㎛이하로 미세화한다.

둘째, 본 발명은 상기 동적재결정된 오스테나이트 조직의 강재를 열간가공시켜 변형유기 동적변태현상을 이용하여 초미세 페라이트강을 제조하며, 이때, 그 열간가공조건을 최적으로 제어한다.

셋째, 본 발명은 강재에 Ti, Nb, V, Al을 함유시켜 동적변태로 형성된 페라이트 결정립의 성장이 일어나지 않도록 미세한 탄질화물을 분포시킨다.

먼저, 본 발명을 강 조성성분을 설명한다.

탄소(C)의 함량은 0.02~0.3중량% (이하, 단지 %라 한다)로 제한한다. C는 강재의 효과적인 강화를 위해서 적당량 그 함유가 필요한 원소이나, 그 함량이 0.02% 미만이면 본 발명의 목적에 이용하는, 오스테나이트나 페라이트의 결정립 성장억제를 위한 탄질화물 형성이 어려울 수 있다. 또한 C가 0.3%를 초과하면 최종 미세조직에서 페라이트가 차지하는 비율이 약 60% 이하가 되어 저탄소강재로 분류할 수 없고, 용접시에 열영향부의 인성저하가 큰 문제가 될 수 있다.

실리콘(Si)의 함량은 1.5%이하로 제한한다.

Si은 고용강화효과와 함께 제강공정에서 탈산을 위해 첨가가 필요한 성분원소이다. 그러나 그 함유량이 1.5%를 초과하면 용접성이 저하되고 강판표면에 제거하기 곤란한 산화피막이 형성될 가능성이 크며, 특히 페라이트 결정립의 조대화를 조장할 수 있다.

망간(Mn)의 함량은 2.0%이하로 제한한다.

Mn은 Ar₃를 낮추어 페라이트 세립화에 기여한다. 첨가량이 2.0%를 초과하면 경화능을 불필요하게 증가시켜 압연시 페라이트의 변태속도를 저하시킬 뿐만 아니라 용접시 저온조직의 발생가능성이 커질 수 있다.

알루미늄(Al)은 선택적인 첨가원소로서 그 함량은 0.1% 이하로 제한한이 바람직하다. Al은 용강에서 탈산의 역할을 하며 미세한 AlN 석출물을 형성하여 오스테나이트의 결정립 성장억제나 페라이트 결정립 성장을 억제하는 효과가 있다. 그러나 첨가량이 0.1%를 초과하면 경화능이 커져 동적변태를 저해한다.

니오븀(Nb)도 선택적인 첨가원소로서 그 함량은 0.005~0.1%로 제한함이 바람직하다. Nb은 재가열시 또는 열간압연시 강중의 탄소 또는 질소와 결합하여 수십 나노미터 크기의 극미세 석출물을 형성하는 성분원소로써 본 발명에서 아주 중요한 원소이다.

본 발명에서는 동적재결정후 오스테나이트의 결정립성장을 억제하거나 동적변태에 의해 생성된 페라이트 성장을 억제할 수 있는 미세한 석출물이 필요한데, 이에 가장 효과적인 방법이 니오븀 탄질화물을 이용하는 것이다. 그러나 니오븀의 함량이 0.005%미만이면 상술한 효과를 기대할 수 없으며, 0.1%를 초과하면 그 첨가에 따른 효과가 포화될 뿐만 아니라 동적재결정을 위한 임계 변형량이 너무 커지는 경향이 있다.

바나듐(V)은 0.1% 이하범위로 함유될 수 있는 선택적 첨가원소이다.

V은 탄질화물을 형성하여 페라이트 핵생성을 촉진하는 역할을 하고 페라이트의 결정립 성장을 억제한다. 그러나 V 함유량이 0.1%를 초과하면 경화능을 증대시켜 페라이트 동적변태를 저해한다.

바람직하게는, 본 발명의 강재가 상기, Al, Nb 및 V중 1종 또는 2종이상을 함유하는 것이다.

타이타늄(Ti)의 함량은 0.005~0.1%로 제한한다.

Ti은 N과 결합하여 고온에서 안정한 미세 TiN 석출물을 형성하여 재가열시 오스테나이트의 결정립 성장을 억제시킨다. 이러한 미세 TiN을 얻기위하여 Ti의 함량이 0.005% 이상이 되어야 한다. 그러나 그 함량이 0.03%를 초과할 경우 용강중에서 조대한 석출물이 형성되어 오스테나이트 결정립 성장을 억제하지 못하기 때문에 바람직하지 않다.

질소(N)의 함량은 0.003~0.03%로 제한한다.

N은 TiN, AlN, Nb(CN), V(CN) 등을 형성시키는데 필수불가결한 원소이다. 그러나 그 함량이 0.003% 미만이면 필요한 탄질화물의 형성이 어렵고, 그 함량이 0.02%를 초과하면 그 효과가 포화되고 동적재결정을 저해할 수 있다.

Ti/N의 비는 1.2~3.4로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 Ti/N의 비가 1.2미만으로 되면, 모재의 Ti에 비하여 N의 량이 너무 많아 지므로 고용질소가 많아져 동적변태가 억제되고, 또한 그 비가 3.4를 초과하면 제강과정인 용강중에서 조대한 TiN이 정출되어 조대한 TiN이 형성되어 효과적인 오스테나이트의 결정립 성장억제 효과를 기대하기 어렵기 때문이다.

다음으로, 상기와 같이 조성된 강재를 이용하여 초세립 페라이트강을 제조하는 방법을 설명한다.

본 발명에서는 상기와 같이 조성된 강재를 제조한후, 이를 재가열하는데, 이때, 강재의 오스테나이트 조직 평균결정입 크기가 50㎛이하가 되도록 재가열온도를을 제어할 것이 요구된다. 후속하는 동적재결정압연에서 동적재결정을 위한 임계변형량은 초기 결정립이 작을수록 커지며, 따라서 고온에서도 안정하게 존재하는 미세한 석출물이 필요하다. 그러므로 본 발명에서는 1250℃까지 안정한 석출물을 유지하는 TiN 석축물의 존재가 필수적이다.

바람직하게는 그 재가열온도를 1000~1250℃로 제한하는 것이다.

이와 같이, 재가열된 강재는 이후 동적재결정을 위하여 동적재결정압연되며, 이에 따라 오스테나이트 입도가 15㎛이하로 제어될 수 있다.

본 발명에서는 이때, Thr - 50℃ ~ Thr + 50℃의 온도구역에서 동적재결정압연함이 바람직하다.

동적재결정역 압연온도는 일반적으로 알려진 미재결정역온도(이하, "Tnr" 이라 한다)근처가 적당한데, 본 발명에서는 Thr - 50℃ ~ Thr + 50℃의 온도구역이 적당하다. 여기서, 미재결정역온도라함은 통상의 압연작업조건에서 패스간에 재결정이 일어나지 않는 구역을 말하는 것으로, 너무 높은 온도에서 재결정이 발생하면 오스테나이트 결정립의 미세화 효과가 미약하고 온도가 너무 낮을 경우에는 임계변형량이 너무 커져 동적재결정이 발생하지 않게 된다.

동적재결정을 위한 임계변형량은 강종마다 다른데, 유효 누적압하량이 임계 값을 넘어야 한다. 유효누적압하량이라 함은 패스별 압하량의 합을 더하는 산술적 합이 아니고 패스간에 회복으로 소멸되는 변형량을 제거하고 다음 패스에도 잔류하는 변형량을 고려하여 누적시켜 주는 것을 말한다.

본 발명에서는 동적재결정 압연시 그 유효누적압하량을 30% 이상으로 제한함이 바람직한데, 30%미만에서는 동적재결정이 발생하기 어렵기 때문이다.

그리고 본 발명에서는 최종압연 패스에서 그 총변형량은 10%이상이 되어야 한다. 만약 10% 미만의 변형량이 부가될 경우 동적재결정된 오스테나이트라도 변형유기 이상성장 현상이 발생하여 재결정된 결정들이 이상립성장을 하게 되어 미세화되지 않기 때문이다.

이러한 동적재결정이 완료된후, 사상압연시까지의 냉각속도는 본 발명에서 약 1~10℃/sec 정도를 요구한다. 냉각속도가 너무 느릴 경우에는 오스테나이트의 성장이 야기될 수 있고 너무 빠를 경우에는 Ar₃가 너무 낮게 되어 사상압연시에 가공에 제약을 받을 수 있다.

이후, 상기 냉각된 강재는 열간다단가공되는데, 이때 마무리 열간압연 개시온도를 Ar₃~ Ar₃+50℃로 제한한다. 만일 상기 마무리 열간압연 개시온도가 Ar₃보다 낮으면 열간압연전에 조대한 초석 페라이트가 오스테나이트 결정립을 따라서 형성되어 압연가공중 길게 연신됨으로써 각종 물성을 저하시키는 문제가 발생하며, Ar₃+50℃를 초과하면 동적변태 페라이트의 분율을 충분히 확보할 수 없게 되어 조직 미세화 자체가 불가능해 질 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 마무리 열간다단압연을 수행함에 있어서, 각 패스당 압하율을 40%이하로 유지하면서 그 누적압하율이 40%이상이 되도록 열간다단압연할 것이 요구된다. 만일 상기 열간다단압연의 한 패스당 압하율이 40%를 초과하면 열간가공소재의 온도가 가공발열에 의해 과도하게 상승하게 되어 결정립의 미세화효과를 반감시키는 문제가 발생한다. 그리고 열간다단압연의 누적압하율이 40% 미만이면 미세화에 효과적인 동적변태 페라이트의 형성량이 충분치 못하기 때문에 초세립 조직을 얻기 힘들게 된다.

이러한 열간다단압연은 그 압연 종료시점에서의 변형유기 동적변태 페라이트 분율이 40%이상이 되도록 수행됨이 최종적인 미세한 페라이트 미세조직 확보측면에서 바람직하다. 만일 이러한 분율이 40%미만이 되면, 가공후 냉각시에 형성되는 정적변태 페라이트의 크기가 조대해지기 때문에 충분히 미세하고 균일한 최종제품의 조직을 확보할 수 없게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 평균 오스테나이트 결정립크기를 특정수준 이하로 유지한후 강재를 열간다단가공시키므로써 다량의 변형유기 동적변태 페라이트가 효과적으로 빠른 속도로 균일하게 형성될 수 있다. 또한 열간다단가공시 각 패스당 압하율을 특정수준 이하로 유지하면서 그 누적압하율을 소정치이상으로 제한하여 가공발열량을 최소화함으로써 가공 도중에 초미세립의 페라이트가 변형유기 동적변태로 형성되게 하며, Ti, Nb, V, Al등의 석출물을 이용하여 초미세 페라이트의 성장을 억제함으로 최종 냉각후의 페라이트 결정립의 평균크기를 3㎛ 이하가 제어할 수 있는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같이 조성된 강재를 각각 마련하였다.

이와 같은 조성의 강재들를 표 2와 같은 조건에서 재가열하여 오스테나이트화하였으며, 이후 표 2와 같은 조건으로 조압연한후 냉각하였다. 이때, 오스테나이트 결정입 크기 및 강재중 석출물 분율을 측정하여 표 2에 또한 나타내었다.

상기와 같이 냉각된 강재를 표 3과 같이 그 조건을 열간다단압연시켰으며, 이러한 열간가공에 따른 동적변태 및 정적변태량을 열간변형시험기에서 변형후 냉각중에 변화하는 선팽창률의 차이로부터 측정하여 그 결과를 또한 표 3에 나타내었다. 그리고 이러한 열간압연된 강재를 10℃로 냉각을 하여 페라이트의 평균 결정립을 측정하였다. 아울러, 표 3과 같이 그 냉각조건을 달리하여 냉각한후 그 강재의 기계적 물성을 측정하여 표 4에 나타내었다. 한편, 냉각후에 얻어지는 미세조직은 광학현미경과 이미지 어넬라이저를 이용하여 분석하였다.

사용강종	C	Si	Mn	Al	Ti	Nb	V	N
A	0.10	0.25	1.5	-	0.010	0.04	-	0.005
B	0.15	0.30	1.0	0.03	0.013	-	-	0.007
C	0.12	0.25	1.4	-	0.015	-	-	0.010
D	0.12	0.20	1.5	-	0.02	-	0.05	0.008
E	0.08	0.35	1.0	0.03	0.01	0.03	0.03	0.015
F	0.10	0.2	1.2	-	0.3	-	-	0.005
G	0.15	0.2	1.2	-	-	0.04	-	0.003

사용강종	강판번호	가열온도(℃)	초기AGS(㎛)	동적재결정압연시작온도(℃)	유효누적압하량(%)	최종압연시압하량(%)	사상압연 직전AGS(㎛)
A	발명재1	1200	50	950	40	12	15
	발명재2	1000	25	900	50	30	7
	발명재3	1050	30	900	50	20	11
	비교재1	1100	35	950	20	10	40
	비교재2	1300	150	1000	20	10	80
B	발명재4	1150	30	950	40	15	13
C	발명재5	1150	23	900	50	25	10
C	비교재3	1150	23	900	50	5	35
D	발명재6	1000	21	870	50	30	9
E	발명재7	1100	25	920	45	20	12
	발명재8	1100	25	900	50	20	8
	비교재4	1150	35	900	45	15	15
F	비교재5	1150	25	900	40	15	20
G	비교재6	1150	100	950	40	10	75

강종		사상압연직전AGS(㎛)	사상압연후 냉각속도(℃/s)	Ar3(℃)	압연시 패스당 압하량(%)	사상압연 총압하량(%)	사상압연시작온도(℃)	동적변태 페라이트분율(%)	정적변태 페라이트 분율(%)	평균 FGS(㎛)
A	발명재1	15	2	750	20	60	760	40	11	3.0
	발명재2	7	8	735	25	65	740	49	10	1.8
	발명재3	11	3	753	40	40	760	49	10	2.6
	비교재2	40	2	740	20	50	760	35	12	4.2
	비교재2	80	1	725	20	60	750	25	20	6.5
B	발명재4	13	3	750	30	50	760	50	15	2.7
C	발명재5	10	5	750	25	60	760	40	16	2.8
C	비교재3	35	1	745	20	60	750	25	20	4.8
D	발명재6	9	10	730	20	50	740	55	10	2.0
E	발명재7	12	2	805	15	50	810	42	23	3.0
	발명재8	8	4	795	25	70	800	45	15	2.5
	비교재4	15	1	800	10	30	810	30	15	5.8
F	비교재5	20	2	783	10	30	800	35	20	4.5
G	비교재6	75	2	740	20	30	750	30	25	5.2

상기 표 2 및 표 3에 나타난 바와같이, A강의 경우, 발명재 (1~3)에서와 같이 동적재결정역 압연 온도가 낮을수록, 초기 오스테나이트의 결정이 작을수록 동적재결정된후의 오스테나이트 결정이 작았다. 사상압연에 의한 페라이트 미세화는 오스테나이트의 결정이 작을수록 동적변태가 잘 일어났고 페라이트의 결정립 크기도 작았으며 3㎛이하의 크기를 가졌다. 특히, 발명재(2)에서 동적재결정으로 얻어진 7㎛의 오스테나이트를 760℃에서 패스당 압하율 25%, 총압하량 65%를 가하여 페라이트 결정립 1.8㎛의 초세립강을 제조하였다.

이에 반하여, 비교재(1)에서는 유효 누적압하량이 작아 동적재결정이 이루어지지 않았으며, 이에따라 오스테나이트 입도가 40㎛로 컸다. 비교재(2)는 가열시에 가열온도가 너무 높을 경우에 초기 오스테나이트의 결정립이 커서 동적재결정이 잘 일어나지 않았다.

B강의 경우, 가열온도 1150℃에서 오스테나이트의 초기결정 입도는 30㎛ 정도였으며, 동적재결정 압연시작온도를 900℃로 하고 유효 누적압하량 40%를 가하여 오스테나이트 결정립이 13㎛가 되었다. 이를 패스당 압하량 30%로 총 50% 다단열간압연을 하여 결정입도 2.7㎛ 페라이트강을 얻었다.

C강의 경우, 발명재(4)에서는 가열온도 1150℃에서 오스테나이트의 초기 결정 입도가 30㎛ 정도였으며, 동적재결정압연으로 그 입도가 10㎛가 되었다. 그리고 이를 패스당 압하량 25%로 총60% 누적압하율로 열간압연하여 결정입 2.8㎛의 페라이트강을 얻었다.

이에 반하여 비교재(3)에서는 동적재결정 압연에서 최종압하량을 작게하여 오스테나이트 결정립 다소 커졌다. 이는 최종압연단계에서의 압하량이 10%보다 작은 경우, 약압하에 변형유기 입계이동현상에 의한 오스테나이트 결정립 성장에 기인하는 것이다.

D강의 경우, 발명재(6)에서는 재가열후 오스테나이트의 초기 결정입 크기가 21㎛정도였으며, 동적재결정완료후 오스테나이트 결정립 9㎛를 얻었다. 이어, 냉각후 740℃에서 패스당 압하량 20%로 총60% 압연을 행하여 2.0㎛의 페라이트 결정립 을 얻었다.

E강의 경우, 발명재(7~8)은 모두 그 재가열조건, 압연조건등이 본 발명범위를 충족하여 결정입 크기 3㎛미만의 최종 페라이트 조직을 얻을 수 있었다. 그러나 그 열간압연조건중 누적압하율이 본 발명범위를 벗어난 비교재(4)에서는 최종 페라이트 결정립 크기가 5.8㎛였다.

한편, F강의 비교재(5)의 경우도, 동적재결정후 오스테나이트 결정입 크기가 20㎛로, 최종 열간압연후 미세 페라이트 조직을 얻을 수 없었으며, G강은 Ti이 함유되어 있지 않아, 비교재(6)에서와 같이 초기 오스테나이트 결정입이 과도하게 커서 사상압연직전의 오스테나이트가 75㎛로 매우 조대하여 초세립의 페라이트 조직을 얻을 수 없었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 저탄소강재에 있어서 동적재결정에 의해 오스테나이트의 결정립 미세화하고, 이어, 동적변태 페라이트 생성을 촉진하도록 연속다단열간가공을 행함으로써 효과적으로 페라이트 결정립을 초세립화시킴으로써 우수한 용접성을 유지하면서 강재의 물성을 향상시킬 수 있는 우수한 구조용 강재를 제조할 수 있는 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.02~0.3%, Si : 1.5%이하, Mn : 2.0%이하, Ti :0.005~0.1%, N : 0.003~0.03%, 잔여 철 및 부가피한 불순물을 포함하고 1.2≤Ti/N≤3.4를 만족하는 강재를 마련하는 단계;

상기 강재를 그 오스테나이트 입도가 50㎛이하가 되도록 재가열한후, Thr - 50℃ ~ Thr + 50℃의 온도구역에서 그 총변형량이 10%이상이 되도록 동적재결정압연시켜 그 입도를 15㎛이하로 제어하는 단계; 및

상기와 같이 오스테나이트 입도가 제어된 강재를 Ar₃~Ar₃+50℃의 온도범위에서 한 패스당 압하율을 40% 이하로 유지하면서 그 총압하율이 40%이상이 되도록 열간압연하는 단계;를 포함하는 초세립강 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 강재는 Al: 0.1%이하, Nb: 0.005~0.1%, 및 V:0.1%이하중 선택된 1종 또는 2종이상을 추가로 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 초세립강 제조방법
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 동적재결정압연시 그 유효누적압하율이 30%이상임을 특징으로 하는 초세립강 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 열간가공완료시점에서의 동적페라이트 분율이 40%이상이고, 그 페라이트 결정입 크기가 3㎛이하인 것을 특징으로 하는 초세립강 제조방법.