KR0183987B1 - 내식성과 가공성이 우수한 크롬 함유 고강도 강판 - Google Patents

Abstract

중량 %로서, C : 0.030% 이하, Si : 3.0% 이하, Mn : 3.0% 이하, P : 0.150% 이하, S : 0.010% 이하, Ni : 2.0% 이하, Cr : 5.0~11.0% 미만, N : 0.030% 이하, V : 0.01~0.10%, Cu, 2.0% 이하를 함유하고, 경우에 따라서는 Ti : 0.01~0.30%, Nb : 0.01~0.30%, Nb : 0.01∼0.03% Al : 0.01~0.20% 및 B : 0.0002~0.0200% 중의 한가지 또는 두가지 이상을 함유하며, 단 Si+Mn+10P+Ni+Cu) 1.0%의 관계를 만족하도록 Si, Mn, P, Ni 및 Cu양이 조절되고, 나머지가 철 및 불가피한 불순물로 되어 있는 내식성 및 가공성이 우수한 크롬 함유 고강도 강판.

Description

내식성과 가공성이 우수한 크롬 함유 고강도 강판

본 발명은 내식성과 기계적 가공이 우수한 크롬 함유 고강도 강판에 관한 것이다. 본 발명에 의한 강판은 자동차 차체 및 기타 성형 제품 등의 제조에 사용하기에 적합하다. 본 발명에 의한 강(鋼)은 열연강대(熱延鋼帶) 또는 열연강판이나 냉연강대(冷延鋼帶) 또는 냉연강판의 형태로 시장에 출하되는데, 이들 제품을 본 명세서에서는 총칭하여 강판이라 하기로 한다.

최근 자동차 차체의 고방청화(高防請化) 및 건축용 재료의 내식성과 신뢰성 향상을 목적으로 종래의 보통강 강판 대신 아연계를 주체로 한 각종 표면 처리 강판의 사용량이 증대하고 있다.

특히 자동차 관계에 있어서는 세계적인 환경문제에 대한 관심이 고조되어감에 대응하여 배출가스량의 감소 및 연료비의 개선이 긴급한 과제로 되어가고 있고, 고강도 강판의 사용에 의한 차체의 경량화가 효과적인 대책의 하나로서 추진되고 있다. 자동차용 고강도 강판에는 Si 와 Mn 등의 원소를 첨가하여 고용강화(固熔强化)를 도모한 강, 마르텐사이트상과 베나이트상 등의 제2상을 이용한 변태강화강, 석출을 이용한 석출강화강, 더욱이는 이들 강화기구를 조합시킨 강등이 있는데, 이들 고강도 강판으로 된 강판은 표면처리 강판의 원판으로서도 사용되고 있다. 그리고 자동차 자체중량의 경량화를 도모하기 위해서 적어도 인장강도가 40kgf/mm²이상인 강판을 사용할 필요가 있다.

표면 처리 강판에는 용융 도금 강판과 전기 도금 강판 등이 있으나, 이들 표면처리 강판에 요구되는 내식성 레벨은 점차 엄격해지고 있고, 더욱이 내식성을 향상시킬 수단으로서 도금량의 증가나 합금 도금화, 복층(複層) 도금화 등이 행해지고 있다. 그러나, 이들 표면 처리 강판은 우수한 내식성을 가지고 있기는 하나, 표면 처리 강판에 있어서는 디이프 드로오잉(deep drawing) 등과 같은 프레스 가공을 할 경우, 파우더링(powdering) 이나 플레이킹(flaking)으로 불리우는 도금층의 박리를 발생시켜 프레스 가공상의 트러블이 되거나 스포트 용접성과 아아크 용접성이 반드시 충분히 되지 않는다는 문제가 있고, 또한 내식성 향상을 위한 도금 두께를 증가시킬 경우에서 특히 문제로 되어 있다.

따라서, 표면 처리에 의하지 않고서도 소재의 내식성을 향상시킨 강판이 제안되어 있는데 예를 들자면, 일본국 특허 공개 공보 제2-156048호에는 3~12%의 Cr과 비교적 미량의 Cu, Ni, Al, Ti를 함유시킨 크롬강이 개시(開示)되어 있고, 일본국 특허 공고 공보 제1-53344호에는 Ti-Al을 첨가하여 성형성을 향상시킨 Cr 함유 내식성 강판이 개시되어 있으며, 또한 일본국 특허 공개 공보 제2-50940호에는 마찬가지로 Nb-Al을 첨가하여 디이프 드로오잉성(deep drawability)을 향상시킨 Cr 함유 내식성 강판이 개시되어 있다.

일본국 특허 공개 공보 제2-156048호에 개시된 강은 고용강화능을 가진 Cu 및 Ni를 함유하는 것이지만 Cu 와 Ni는 내식성 향상을 목적으로 첨가하고 있고 실시예에 나와있는 강의 인장 강도 모두가 38kgf/mm²이하로서 강도가 충분한 것은 아니다. 또한 일본국 특허 공고 공보 제1-53344호에 있어서도 Cu와 Ni를 첨가한 몇가지 강에 대하여 개시되어 있으나 그 역시 강도가 충분한 것은 아니다. 한편, 일본국 특허 공고 공보 제1-53344호와 일본국 특허 공개 공보 제2-50940호에 개시되어 있는 바와 같이, 저크롬강에 Ti, Nb, Al 등의 탄화물 형성 원소 및 질화물 형성 원소를 첨가하는 것은 성형성의 향상에는 유리하나, 소요의 강도와 내식성을 실현하기에는 충분하다고는 할 수 없다. 따라서 표면처리에 의하지 않고서도 내식성을 가짐과 동시에 고강도와 양호한 가공성을 겸비한 강판은 아직까지 존재하지 않았다. 그런데, 내식성이 우수한 강으로서 스테인레스강이 공지되어 있으나, Cr을 다량 함유하기 때문에 경제적인 면에서 불리할 뿐만 아니라, 내식성이 우수하기는 하나 통상의 냉영강판에 있어서의 전면(全面) 부식과는 달리 국부적으로 구멍상태의 부식형태의 피트(pit)가 형성되어 침식 깊이로 평가할 경우 문제가 되는 때가 있다.

본 발명자 등은 크롬 함유 강판의 내식성과 가공성에 미치는 합금 원소의 영향에 대하여 상세한 검토를 한 결과, C 및 N의 양을 감소시키고 S의 양을 극히 감소시킴과 아울러 Cr을 5~11wt.% 가하고, 미량의 V을 첨가함으로써 내식성과 가공성이 우수한 크롬 함유 강판을 얻을 수 있고, 또한 적당량의 Ti, Nb, Zr, Al 및/또는 B를 첨가하여 가공성을 보다 더 향상시킬 수 있다는 기초적인 사실을 얻었다. 또 이와 같은 크롬 함유 강판에 적정량의 Si, Mn, P, Ni, Cu를 첨가함으로써 내식성을 불량하게 하는 일이 없이 가공성의 저하를 최소한으로 감소시키면서 고강도화가 가능하도록 할 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견에 근거하여 완성된 것으로서 다음과 같은 요지로 되어 있는 인장강도가 40kgf/mm²이상인 크롬 함유 고강도 강판을 제공하고 있다. 즉,

(가) C : 0.030wt.% 이하,

Si : 3.0wt.% 이하,

Mn : 3.0wt.% 이하,

P : 0.150wt.% 이하,

S : 0.010wt.% 이하,

Ni : 2.0wt.% 이하,

Cr : 5.0~11.0wt.% 미만,

N : 0.030wt.% 이하,

V : 0.01~0.10wt.% 이하,

Cu : 2.0wt.% 이하를 함유하고,

(나) 단, Si, Mn, P, Ni 및 Cu의 양은 아래 관계식을 만족하도록 조절하며,

Si + Mn + 10P + Ni + Cu 1.0%

(다) 나머지는 철 및 불가피한 불순물이다.

더욱이 본 발명은 위에 나온 합금 원소들을 위에 나온 비율로 첨가하는 외에 Ti : 0.01~0.30wt.%, Nb : 0.01~0.30wt.%, Zr : 0.01~0.30wt.%, Al : 0.01~0.20wt.% 및 B : 0.0002~0.0200wt.% 중의 한가지 또는 두가지 이상을 함유하는 내식성과 가공성이 우수한 크롬 함유 고강도 강판을 제공하고 있다.

그리고 본 발명에 의한 냉연강판에 있어서, 가공성의 목표는 디이프 드로오잉성의 지표인 랭크포오드 값(Lankford value)의 평균치가 1.3이상이고 신장율은 인장강도에 따라 비교적 높은, 예를 들자면 인장강도가 50kgf/mm²이상인 경우에서는 30% 이상으로 한다. 랭크포오드의 값의 평균치는 디이프 드로오잉성의 지표로서 압연방향과, 이 압연방향에 대하여 45°방향과, 이 압연방향에 대하여 90°방향 및 이 압연방향에 대하여 135°방향의 평균치이다. 그리고 본 발명의 열연강판에 있어서, 가공성의 목표는 버어링 가공성(burring workability)의 지표인 구멍확장비(bore expansion ratio)를 1.0 이상으로 한다.

이하, 본 발명의 강에 함유시킨 각 합금 원소의 작용과 함유량의 한정 이유에 대하여 설명한다.

C는 강의 강도를 상승시키지만, 동시에 연성(延性)과 용접성을 열화(劣化)시키므로 바람직하지 않은 원소로서 그 함유량이 적을수록 좋다. 냉연강판의 디이프 드로오잉성 및 내식성의 관점에서도 C 함유량이 적은 쪽이 보다 바람직하다. 따라서, C를 0.030wt.% 이하로 해야하고, 바람직하게는 0.010wt.% 이하로 해야 한다.

Si는 탈산 (脫酸 : deoxygenation)에 유효함과 아울러 페라이트상의 고용 강화에 의하여 강의 강도를 강화하는데 유효한 원소이지만, 그 함유량이 너무 많으면 인성(靭性)을 저하시켜 냉간압연과 가공시에 균열을 쉽사리 일으키기 때문에 3.0wt.% 이하로 해야 한다.

Mn은 강의 열간 가공성과 용접부의 인성(靭性)을 개선하는 원소이다. Mn은 오오스테나이트 형성원소이므로 A₁및 A₃변태점을 저하시켜 페라이트상에 부가하여 마르텐사이트상과 베나이트상을 생성시켜 변태강화에 의한 강의 고강도화를 달성하는데 유효한 원소이다. 그러나, 3.0wt.% 이상 함유되면 부분적으로도 페라이트상을 얻기가 곤란하게 되어 가공성을 저해하므로 Mn함유량을 3.0wt.%를 상한으로 한다.

P는 고용강화에 의하여 강의 강도를 높이는데 극히 유효한 원소이지만 그 함유량이 너무 많으면 강의 인성을 저하시키므로 그 상한을 0.150wt.%로 한다.

S의 규제는 본 발명의 가장 중요한 점의 하나인데, S는 저크롬강의 내식성, 특히 방청성에 악영향을 미치므로 S의 함유량은 적을수록 바람직하다. 따라서, S를 0.010wt.% 이하로 하여야 하는데, 0.005wt.% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

Ni과 Cu은 Mn과 마찬가지로 용접부의 인성을 개선함과 아울러 변태강화에 의한 고강도화에 효과적이다. 또한 고용강화능도 있다. 그러나 Ni과 Cu의 다량첨가는 코스트 상승을 초래하므로 어느 것이나 2.0wt.%를 상한으로 한다.

Cr은 강의 내식성 향상에 불가결한 원소인데, 그 효과는 S의 감소 및 후술하는 V의 미량 첨가에 의하여 한층 더 현저하게 된다. Cr의 함유량이 하한치인 5.0wt.%가 되어야 필요로 하는 정도의 내식성을 확보하게 된다. 그러나, Cr함유량이 너무 많으면 코스트 상승을 가져올 뿐만 아니라, 강판의 가공성을 저하시킨다. 더욱이 Cr함유량이 너무 많은 강판에 있어서는 침식 깊이가 깊은 피트를 형성하면서 침식이 진행된다. 따라서, Cr 함유량의 상한을 11.0wt.%로 한다.

N은 C와 마찬가지로 강판의 가공성의 관점에서 그 함유량이 적을수록 바람직하므로, N의 함유량을 0.030wt.% 이하, 보다 바람직하게는 0.010wt.% 이하로 해야 한다.

V의 첨가는 본 발명의 또 다른 중요한 특징인데, 본 발명에서는 Cr과 더불의 미량의 V를 첨가함으로써 보다 한층 더 내식성 향상을 기할 수 있다. 그 이유는 현시점에서는 완전히 알 수 없으나, V는 Cr의 부동태(不動態)피막 형성을 촉진하는 작용이 있는 것이라 추정된다. 그 효과를 얻자면 0.01wt.% 이상이 필요하다. 한편, V함유량이 0.10wt.%를 초과하면 내식성 향상 효과는 포화됨과 아울러 재질을 경화시키므로 0.10wt.%를 상한으로 한다.

Ti, Nb, Zr, Al 및 B는 특히 냉연강판의 디이프 드로오잉성 향상에 유효한 원소이다. 또한, B는 디이프 드로오잉 가공에 의한 가공취화를 억제하므로 냉연강판의 2차 가공성 개선에 유효하게 작용한다. 이들 효과를 얻자면, Ti, Nb, Zr, Al에 대해서는 적어도 0.10wt.% 이상, B는 0.0002wt.% 이상 필요하다. 한편, 이들 원소를 과잉으로 첨가하여도 이들 효과는 그 이상 더 개선되지 않고 오히려 제품의 표면품질을 나쁘게 하고 제조코스트 증가를 가져오므로, Ti, Nb, Zr에 대해서는 0.30wt.%, Al은 0.20wt.%, B 는 0.0200wt.%를 각각 그 상한으로 한다.

위에 나온 각 합금 성분의 한정외에 본 발명에서는 Si, Mn, P, Ni 및 Cu의 총량의 상한을 아래의 관계식을 만족하도록 조정한다.

Si + Mn + 10P + Ni + Cu 1.0%

위의 식에서 Si + Mn + 10P + Ni + Cu의 항(項)은 각 성분의 페라이트상속으로의 고용강화능에 기인한 지표이다. 변태강화에 의하여 고강도화를 도모할 경우에는 반드시 여기에 한정되는 것은 아니나 안정하게 40kgf/mm²이상의 인장 강도를 얻자면 위에 나온 항을 1.0wt.% 이상으로 해야 한다.

본 발명에 의한 강판은 그 제조방법을 특정된 제조방법에만 한정하는 것은 아니나, 본 발명에 의한 디이프 드로오잉성이 우수한 냉연강판을 제조하자면, 종래의 제강법으로 적당한 화학성분 조성을 가진 용강(熔鋼)을 제조하고, 이 용강을 연속 주조하여 슬랩을 만든 다음, 이 슬랩을 1100℃~1300℃ 범위내의 적당한 온도로 가열한 후, 오오스테나이트 단상(單相)을 형성하는 온도범위내의 온도에서 열간 압연의 마무리 가공(finish pass)을 종료하여 권취하기까지의 사이에 적당한 제어냉각을 하여 500℃이상의 온도에서 권취해서 열연대강에 있어서, 미세한 입자상의 페라이트 조직을 얻은 후, 열연대강을 산세(pickling)하고, 70% 이상의 높은 압연율(壓延率)로 냉간 압연한 다음 어니일링(annealing) 처리해서 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 열연강판 제조에 있어서는 적당한 화학성분 조성을 가진 용강을 연속 주조하여 슬랩을 제조하고, 이 슬랩을 1100℃∼1300℃의 적당한 온도로 가열한 후, 오오스테나이트 단상을 형성하는 온도범위내의 온도에서 열간 압연의 마무리 가공을 종료하여 권취하기까지의 사이에 적당한 제어냉각을 하여 400℃ 이상의 온도에서 권취해서, 위에 나온 냉연소재와 마찬가지로 열연대강에 있어서, 미세한 입자상의 페라이트 조직을 얻음으로써 연질이면서도 버어링 가공성(burring workability)이 우수한 열연강판을 얻게 된다. 이렇게 하기 위해서는 오오스테나이트의 미세한 페라이트로의 변태가 적절히 진행하여 완료하기에 충분한 열간 압연 패스(pass) 스케듈, 열간 압연의 마무리 가공(finish pass)후의 제어냉각 및 권취온도를 적절히 선택하여야 한다. 한편, 양호한 버어링 가공성을 유지하면서도 고강도를 가진 본 발명의 열연강판은 청정한 재결정된 페라이트상과 페라이트로의 변태가 아직 완료되어 있지 아니한 경질의 다른 상으로 된 미세한 복합조직을 형성함으로써 얻을 수 있다. 그렇게 하자면, 열간 압연의 마무리 가공 (finish pass)후의 냉각속도를 높여주고 저온 권취를 하면 된다. 그리고 열연강판에서는 권취 후 임의로 산세 및/또는 어니일링을 실시하여도 좋다.

본 발며에 의한 냉연강판 또는 열연강판을 어니일링할 경우, 두 가지 방법이 있다. 그 한가지 방법은 페라이트역 내에서의 온도에서 강판을 어니일링하여 연질화하는 방법이고, 나머지 한가지 방법은 오오스테나이역내에서 고온으로 가열한 다음 냉각하여 페라이트상과 변태상과의 복합 조직을 형성시킴으로써 강판을 고강도화 하는 방법이다.

냉간 압연 강판이거나 열간 압연 강판이거나 간에 복합 조직의 본 발명의 강판은 페라이트 조직의 경우 보다 양호한 강도-연성 발란스를 가지고 있다.

본 발명에 의한 강판은 그 표면에 Zn, Ni, Cu, Al, Pb, Sn, Fe 또는 B 혹은 이들의 합금을 단일층 또는 복층으로 피복하는 하지(下地)강판으로서도 이용할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예에 따라 본 발명을 구체적으로 설명한다. 표 1에 나와 있는 성분 조성을 가지는 강을 용융시켜 강편으로 주조한 후 절반씩 나누고, 강편의 한쪽 절반을 열간 압연하여 판두께 4mm의 열연판으로 한 다음, 이 열연판을 디스케일(descale)하고 판두께 0.8mm로 냉간 압연(압연율80%)하고 나서 780℃에서 1분간 어니일링하여 냉연대강을 제조하였다. 이 냉연대강을 사용하여 인장 특성, 랭크포오드 값(r)의 내식성을 시험하였다. 한편, 나머지 강편은 열간 압연에 의하여 2.2mm로 압연하여 780℃에서 10분간 어니일링한 후 열연대강을 제조하고 이것을 사용하여 구멍 확장 시험을 하여 버어링 가공성을 조사하였다.

인장 특성은 JIS No.5 시험편을 사용하여 압연방향, 압연방향과 45°방향 및 압연방향과 90°방향의 세가지 방향에 대하여 측정하여 그 평균을 구하였다. r 값은 JIS No.13B 시험편을 사용하여 위와 마찬가지로 세가지 방향에 대하여 측정하여 그 평균치()를 구하였다. 내식성은 100시간의 염수 분무 시험(JIS Z 2371)을 하여 녹 발생율(면적율)을 구함과 아울러 침식 깊이가 깊은 곳(pit) 5개의 평균을 최대 침식 깊이로 하였다. 구멍 확장 시험은 천공된 구멍의 초기 직경이 d₀(=10mm)인 열연강판 시험편에 대하여 실시하였다. 즉, 비이드(bead)가 장치된 다이스에 주름방지 장치를 사용하여 재료가 흘러 들어가지 않는 상태에서 시험편을 고정시킨 다음 원추형 펀치를 사용하여 구멍을 최종 직경까지 확장시켰다. 재료의 균열을 일으키지 아니하는 최대 최종 직경(d)을 구하여 구멍확장비 λ=(d-d₀)/d₀를 구하였다. 그 결과는 표 2에 나와있다.

표 2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 강은 냉연 어니일링 강판에서는 어느 것이나 40kgf/mm 이상의 인장 강도와 양호한 신장율 및 1.3 이상의 평균값을 나타냄과 아울러 열연 강판의 구멍확장비가 1.0 이상으로서 크고 연성, 디이프 드로오잉성 및 버어링 가공성 등의 성형 가공성이 우수하다. 그리고, 염수 분무 시험에 의한 녹 발생율이 낮고 최대 침식 깊이도 작아 내식성이 우수하다.

이에 대하여, 비교강 No. 11은 Cr 함유량이 3.40%로서 본 발명의 범위를 하회하고 있고, 가공성은 양호하나 녹발생율, 침식 깊이도 크고 내식성이 불량하다.

비교강 No. 12와 No. 13은 Cr 함유량이 각각 12,25% 및 12.45%로서 본 발명의 범위를 상회하고 있고, 냉연강판의값이 작고 디이프 드로오잉성이 불량하다. 또한, 이들 비교강으로 제조된 열연강판의 구멍확장비도 작다.

비교강 No. 14와 No. 15는 Si + Mn + 10P + Ni + Cu의 양이 각각 0.47 및 0.50으로서 본 발명의 범위보다고 적고 가공성은 우수하나, 강도는 작다.

비교강 No. 15와 No. 16은 V를 함유하지 않은 것으로서, V를 함유한 외에 다른 성분량이 거의 같은 본 발명의 강 No.1 및 No.2와 비교해 보면 알 수 있는 바와 같이 녹발생율이 크고 내식성이 불량한데, 이것은 비교강 No.14와 No.15와 비교가 된다.

비교강 No.17은 S가 본 발명의 범위를 벗어나 너무 많기 때문에 내식성이 불량하다.

이상의 실시예에서는 기본적으로 페라이트 조직화된 상태에서의 특성에 대하여 나타낸 것이지만, 본 발명의 강은 변태강화에 의하여 우수한 가공성과 내식성을 유지하면서 고강도화를 도모할 수가 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 내식성과 가공성이 우수한 크롬 함유 고강도 강판을 제조할 수 있고, 자동차 차체용 강판 등의 고방청화, 고내식화를 필요로 하는 각종 성형용 소재에 바람직하게 적용할 수 있는 재료를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 중량 %로서,

   C : 0.030wt.% 이하,

   Si : 3.0wt.% 이하,

   Mn : 3.0wt.% 이하,

   P : 0.150wt.% 이하,

   S : 0.010wt.% 이하,

   Ni : 2.0wt.% 이하,

   Cr : 5.0~11.0wt.% 미만,

   N : 0.030wt.% 이하,

   V : 0.01~0.10wt.%

   Cu : 2.0wt.% 이하, 를 함유하고, 단, 다음식

   Si + Mn + 10P + Ni + Cu 1.0%

   의 관계를 만족하도록 Si, Mn, P, Ni 및 Cu양이 조절되고, 나머지가 철 및 불가피한 불순물로 되어 있는 인장강도 40kgf/mm²이상을 가진 크롬 함유 고강도 강판.
2. 중량 %로서,

   C : 0.030wt.% 이하,

   Si : 3.0wt.% 이하,

   Mn : 3.0wt.% 이하,

   P : 0.150wt.% 이하,

   S : 0.010wt.% 이하,

   Ni : 2.0wt.% 이하,

   Cr : 5.0~11.0wt.% 미만,

   N : 0.030wt.% 이하,

   V : 0.01~0.10wt.%

   Cu : 2.0wt.% 이하를 함유하는 외에,

   Ti : 0.01~0.30%, Nb : 0.01~0.30%, Zr : 0.01∼0.30%, Al : 0.01~0.20% 및 B : 0.0002~0.0200% 중의 한가지 또는 두가지 이상을 함유하며,

   단, 다음식

   Si + Mn + 10P + Ni + Cu 1.0%

   의 관계를 만족하도록 Si, Mn, P, Ni 및 Cu 양이 조절되고, 나머지가 철 및 불가피한 불순물로 되어 있는 인장강도 40kgf/mm²이상을 가진 크롬 함유 고강도 강판.