KR100256371B1 - 성형성과 소부경화성이 우수한 유기피복형 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

성형성과 소부경화성이 우수한 유기피복형 냉연강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강력한 탄질화물 형성원소인 Nb를 미량 첨가한 극저탄소 알루미늄강에 고용강화원소로 B를 미량 첨가하여 연속소둔하으로써 냉연강판을 제조하고, 또한 내식성 향상을 목적으로 통상의 방법에 따라 Zn-Ni 전기도금 및 크로메이트 처리를 행하고 그위에 유기수지를 도포함으로써 성형성이 우수하며 4.0kgf/㎟ 이상의 소부경화량을 가진 인장강도30Kgf/㎟급의 유기피복형 냉연강판을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 중량%로 C:0.0015-0.0030%, Si:0.2% 이하, Mn:0.07-0.4%, P:0.008-0.09%, S:0.008-0.015%, 가용(Soluble) Al:0.02-0.08%, N:0.0003% 이하, B:0.0003-0.001%, Nb:0.002-0.01%를 함유하면서, 또한 Nb/C원자비가 0.5이하를 만족하도록 Nb 및 C를 제어한 극저질소 및 극저탄소 Al-Killed강을, 1200℃이상에서 균질화 열처리후 900-950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연을 행하고, 700-750℃의 온도범위에서 고온권취 후, 75%의 압연율로 냉간압연후 800-860℃의 온도범위에서 연속소둔 하고나서, 1.0-2.0%의 압연율로 조절압연후, 통상의 방법으로 Zn-Ni전기도금 및 전처리후, 크로메이트 처리하고 그 위에 유기피막을 도포한 후 소부온도 140-200℃의 온도범위에서 소부처리하는 것을 특징으로 하는 우수한 성형성과 소부경화성을 가진 유기피복형 냉연강판의 제조방법이다.

Description

성형성과 소부경화성이 우수한 유기피복형 냉연강판의 제조방법.
본 발명은 자동차의 내외판재등에 사용되고 있는 고내식성 냉간압연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형성과 소부경화성이 우수한 유기 피복형 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 자동차용 강판의 고내식화가 사회적으로 요청되고 있어 이에 대응하기 위해 여러 가지의 방청강판이 개발되어 왔다. 이러한 방청강판에는 용융아연도금, 용융아연계 합금도금, 전기아연도금, 전기아연계 합금도금 및 유기피막의 일종인 아연-rich 도금강판등이 있으며, 또한 각종의 도금강판에 유기피복을 실시한 복합유기피복강판도 개발되어 왔다. 이러한 복합유기피복강판은 현재까지 내식성 강판중에서 가장 우수한 방청강판으로 알려져 있다.
한편 자동차의 연비향상과 차체의 경량화를 목적으로 차체에 고강도강판을 사용하므로써 판두께 감소와 더불어 내덴트성을 향상시키고자 하는 요구가 한층 커지고 있다. 자동차용 냉연강판에 요구되는 특성으로는 항복강도, 인장강도, 양호한 프레스 성형성, 스폿트(spot)용접성, 피로특성등이 있다.
상술한 바와 같이 내식성, 경량화, 안정성 및 강성등 다양한 요청에 대응할 수 있는 자동차용 방청강판이 요구되고 있다.
일반적으로 강판은 강도와 가공성이 서로 상반된 특징을 나타내는 것이 보통이다. 이와 같은 양 특성을 만족할 수 있는 강으로서 복합조직 강판과 소부경화형 강판이 있다. 일반적으로 용이하게 제조할 수 있는 복합조직강은 인장강도가 40kgf/㎟급이상으로 자동차에 사용되는 소재로는 높은 인장강도에 비해 스트레칭성 (stretchability)을 나타내는 인자인 연신율은 높으나 자동차의 프레스성형성을 나타내는 r치가 낮으며 망간, 크롬등의 합금원소의 과다한 첨가로 인해 제조시 원가상승을 초래한다. 반면 소부 경화강은 인장강도 40kgf/㎟이하인 강에서 프레스 성형시 연질강판에 가까운 항복강도를 가지므로 연성이 우수하며 프레스성형후 도장소부처리시 항복강도가 상승하는 강으로서 강도가 증가하면 성형성이 악화되는 종래의 냉연강판에 비해 매우 이상적인 강으로 주목받고 있다.
소부경화는 강중에 고용된 침입형 원소인 탄소나 질소가 변형과정에서 생성된 전위를 고착하여 발생되는 일종의 변형시효를 이용한 것으로 고용탄소 및 질소가 증가하면 소부경화량은 증가하나 고용원소의 과다로 인해 상온 시효를 수반하여 성형성의 악화를 초래하게 되므로 적정한 고용원소의 제어가 매우 중요하다.
일반적으로 소부 경화성을 가지는 냉연강판의 제조방법으로는 저탄소 P첨가 Al-killed강을 단순히 저온에서 권취, 즉 열연 권취온도가 400-500℃온도범위의 저온 권취를 이용하여 상소둔법에 의한 소부 경화량이 약 4-5kgf/㎟정도의 강이 주로 사용되었다. 이는 상소둔에 의해 성형성과 소부 경화성이 양립이 보다 용이한 때문이었다. 연속소둔법에 의한 P첨가 Al-Killed 강의 경우 비교적 빠른 냉각속도를 이용하기 때문에 소부경화성 확보가 용이한 반면 급속가열, 단시간 소둔에 의해 성형성이 악화되는 문제점이 있어 가공성이 요구되지 않는 자동차 외판에만 제한되고 있다.
최근 제강기술의 비약적인 발달에 힘입어 강중에 적정 고용원소량의 제어가 가능하고 Ti 또는 Nb등의 강력한 탄질화물 형성원소를 첨가한 Al-Killed 강판의 사용으로 성형성이 우수한 소부경화형 냉연강판이 제조되어 내덴트성이 필요한 자동차 외판 재용으로 사용이 증가 추세에 있다.
일본 특허공보(소)61026757호에는 C 0.0005-0.015%, S+N 함량≤0.05%의 Ti 및 Ti, Nb복합첨가 극저탄소 냉연강판에 관하여, 그리고 일본 특허공보 (소)57-89437호에는 C 0.010%이하의 Ti첨가강을 사용하여 소부경화량이 약 4kgf/㎟이상인 강의 제조 방법에 대해 개시하고 있다. 이 방법은 Ti, Nb의 첨가량 혹은 소둔시의 냉각속도를 제어함으로써 강중 고용원소량을 적절히 하여 재질의 열화를 방지하면서 소부경화성을 부여하는 것이다. 그러나 Ti 또는 Ti, Nb복합첨가강의 경우 적정 소부경화량의 확보를 위해서는 제강공정에서 Ti 및 질소, 황의 엄격하 제어가 필요하게 되므로 원가상승의 문제가 발생한다. 또한 Nb첨가강의 경우 고온소둔에 의한 작업성 악화 및 특수 원소첨가에 의한 제조원가 상승이 예상된다.
본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위해 강력한 탄질화물 형성원소인 Nb을 미량 첨가한 극저탄소 Al-Killed강에 미량의 B을 고용강화원소로 첨가하여 연속소둔함으로써 냉연강판을 제조하고, 또한 내식성 향상을 목적으로 Zn-Ni전기도금 및 크로메이트(Chromate)처리를 행하고 그 위에 유기수지를 도포하으로써 성형성이 우수하며 4.0kgf/㎟이상의 소부경화량을 가진 인장강도 30kgf/㎟급의 유기피복형 냉연강판을 얻을 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 의하면, 중량%로, C:0.0015-0.0030%, Si:0.2% 이하, Mn:0.07-0.4%, P:0.008-0.09%, S:0.008-0.015%, 가용(Soluble) Al:0.02-0.08%, N:0.0030% 이하, B:0.0003-0.0010%, Nb:0.002-0.01%를 함유하면서 Nb/C원자비 ≤0.5의 식을 만족하는 극저질소, 극저탄소 Al-Killed강을, 1200℃이상에서 균질화 열처리후 900-950℃의 온도범위에서 마무리 열간압을 행하고, 700-750℃의 온도범위에서 고온 권취한 다음, 75%의 냉간압연율로 냉간압연후, 800-860℃의 온도범위에서 연속소둔 하고나서, 1.0-2.0%의 조질압연율로 조질압연을 실시하여 냉연강판을 제조하고, 이에 따라 제조된 냉연강판을 통상의 방법으로 Zn-Ni전기 도금 및 전처리후 크로메이트 처리하고 그 위에 유기피막을 도포한 후 소부온도 140-200℃ 범위로 소부처리함을 특징으로 하는 소부경화량 4-6kgf/㎟, r≥1.8, 연신율 ≥45% 인장강도 30kgf/㎟급의 성형성 및 소부경화성이 우수한 유기피복형 냉연강판을 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 합금성분 및 제조방법에 관해 상세히 설명한다.
탄소(C)는 고용강화와 소부경화성을 가진다. 탄소함량이 0.0015%이하인 경우 인장 강도가 부족하여 충분한 소부경화성이 얻어지지 않는다. 반면, 0.003%이상이 되면 강중에 고용탄소량이 과다하게 되어 상온 내시효성이 확보되지 않아 프레스 성형시 스트레쳐 스트레인이 발생하므로 성형성과 연성이 저하된다.
실리콘(Si)은 강도를 증가시키는 원소로서 첨가량이 증가할수록 강도는 증가하나 연성의 열화가 현저하며 표면에 산화피막이 생겨 화성처리성을 악화시키므로 그 첨가량을 0.2%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
망간(Mn)은 연성의 손상없이 입자를 미세화시키며 강중 황을 완전히 MnS로 석출시켜 FeS의 생성에 의한 열간취성을 방지하기 위해서는 0.07%이상의 첨가가 필요하나 0.4%이상 첨가될 경우 고용강화에 의해 강도는 급격히 증가하는데 비해 연성의 저하가 현저하므로 그 첨가량을 0.07-0.4%로 제한하는 것이 바람직하다.
인(P)은 고용강화효과가 가장 큰 치환형 합금원소로서 면내 이방성을 개선하고 강도를 향상시키는 역할을 한다. 그러나 인의 함량이 0.008%이하인 경우 상술한 효과는 얻을 수 없으며 0.09%이상으로 첨가한 경우에는 급격한 강도상승과 더불어 입계에 편석하여 재료를 취화시키는등 연성의 저하가 불가피하므로 그 첨가량을 0.008-0.09%로 제한하는 것이 좋다.
황(S)은 고온에서 MnS의 황화물로 석출하므로 Mn첨가에 의한 강도 상승과 연성의 저하를 방지하기 위해서는 그 첨가량을 0.008-0.015%로 제한하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al)은 강의 탈산을 위해 첨가하나 0.02% 이하로 첨가될 경우 강중에 산화개재물이 많아져 가공성이 열화되는등 기계적 성질에 불리하다. 또한 0.08%이상으로 과다하게 첨가하게 되면 재질의 경화 및 제조비용의 상승을 초래하게 되므로 그 함량을 0.02-0.08%로 제한함이 바람직하다.
질소(N)는 소둔전 또는 소둔후에 고용상태로 존재함으로써 강의 성형성을 열화시키며 시효열화가 다른 침입형 원소에 비해 매우 크므로 Al에 의해 고정할 필요가 있다. 그러나 그 함량이 0.0030%이상이 될 경우 AIN석출을 위한 Al첨가량이 증가하여 재질이 열화되므로 그 함량을 0.0030%이하로 제한할 필요가 있다.
보론(B)은 열처리시 소입성을 향상시키며 탄소와의 상호작용에 의해 소부 경화성을 증가시키는 역할을 한다. 그러나 0.0003%이하인 경우는 상술한 효과는 얻을 수 없으며 0.001%이상 첨가된 경우는 소부경화성은 다소 증가하는 결정립 미세화가 현저하여 강도의 증가에 비해 연성의 열화가 현저하므로 그 첨가량을 0.0003-0.001%로 제한하는 것이 바람직하다.
Nb는 탄소(C)와 결합하여 NbC석출물을 석출시켜 강도의 증가 및 성형성을 향상시키는 역할을 한다. 그러나 0.002%이하로 첨가될 경우 강중의 탄소를 고정시키지 못해 일반 극저탄소 Al-Killed 강과 동일한 강이 되어 소부경화성은 다소 커지지만 우수한 성형성과 내시효성의 확보가 불가능해진다. 또한 Nb량이 0.01% 이상으로 첨가하게 되면 본 발명에서 제안한 탄소함량에 있어서 강중의 고용탄소를 NbC석출물로 과다하게 석출시켜 재결정온도 상승에 따른 고온소둔으로 연속소둔시 작업성이 악화가 예상되며, 또한 과다한 NbC석출물에 의한 적정 소부경화성을 얻기위한 적정량의 고용탄소확보가 불가능해지므로 안정한 소부경화성을 얻을 수 없게 된다.
따라서, 탄소의 양과 더불어 좁은 범위로 Nb량을 제한하는 것이 필요하다. 상술한 바와 같이 안정한 소부 경화성을 얻기 위해서는 Nb량을 Nb/C원자비≤0.5로 제한할 필요가 있다.
상기의 조성으로 전로에서 용해한후 연속주조된 슬라브(Slab)를 열간압연전의 오스테나이트 조직이 충분히 균질화될 수 있는 1200℃이상에서 가열하여 Ar3온도직상인 900-950℃의 온도범위에서 열간압연을 마무리 한다
슬라브온도가 1200℃이하일 강의 조직이 균일한 오스테나이트 결정립이 되지 못하며 혼립이 발생하게 되므로 재질의 열화가 초래된다.
열연마무리 온도가 900℃이하일 경우 열연코일의 상(top), 하(tail)부 및 가장자리가 단상영역으로 되어 면내 이방성의 증가 및 성형성이 열화된다. 또한 950℃이상일 경우 현저한 조대립이 발생하여 가공후에 표면에 오렌지 필(orange peel)등의 결함이 생기기 쉽다.
상기의 열간압연 가공후 열연판에 잔존하는 고용탄소에 의한 성형성악화를 방지하기 위해 700-750℃의 고온권취가 필요하다. 그러나 권취온도가 750℃를 초과할 경우 이상립 성장이 발생하여 양호한 재질을 얻을 수 없으며, 또한 700℃이하인 경우 열연 조직의 세립화에 기인한 항복강도의 상승 및 성형성의 열화가 초래된다.
열간압연이 완료된 강은 통상의 방법으로 산세를 행한후 75%의 냉간압연율로 0.8mm두께까지 냉간압연후 통상의 방법으로 연속소둔을 실시하였다. 이때 소둔온도는 재결정이 완료되고 충분한 페라이트 결정립의 성장이 일어날 수 있는 800-860℃의 온도범위가 적당하다. 소둔온도가 860℃이상의 되면 고온소둔으로 인한 연속소둔시 장력제어가 어렵게 되며 버너의 수명이 감소되는등 작업성 악화가 예상된다.
상기의 제조방법으로 제조된 소부경화형 냉연강판을 이용하여 내식성을 향상시킬 목적으로 통상의 압하율보다 다소 높은 1.0-2.0%의 조질압연을 행하게 되는데 조질압연율이 1.0%이하인 경우 유기피복후 수지의 소부처리시 시효과 발생하여 최종제품의 적정한 소부경화성을 얻을 수 없으며 2.0%이상인 경우 과다한 조질압연에 의한 가공경화가 발생하여 재질이 열화된다. 조질압연이 완료된 강은 통상의 방법으로 Zn-Ni 전기도금 및 전처리를 행한후 도장밀착성 향상을 위해 크로메이트 처리를 하고 그 위에 유기피막을 도포한후 이의 건조를 위해 140-200℃의 온도범위에서 소부처리하는 것이 바람직하다. 소부온도가 140℃이하가 되면 수지의 경화반응이 충분하지 못하여 도막의 물성이 현저히 저하하며 200℃이상에서는 소지강판의 재질열화와 더불어 시효가 발생되어 소부경화성이 저하한다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예 1]
아래의 표 1은 탄소 및 Nb의 양을 엄격하게 제어한 발명강과 비교강의 화학성분을 나타낸 것으로 1-3번강이 발명강이며 4-8번강이 비교강이다.
표 2는 상기 표 1의 강을 이용하여 열간압연을 행하고 통상의 조건에 의해 냉연 및 830℃에서 연속소둔한후 약 1.5%의 조질압하율을 행하여 기계적성질을 측정한 결과와 유기피복처리를 위해 Zn-Ni전기도금을 행하고 통상의 방법으로 전처리후 부착량 50±10mg/m2의 크로메이트 처리를 행하고 그위에 에폭시-폴리에스테르 용제계(溶制系)유기피복수지를 이소시아네이트 수지의 경화제, 실리카(Silica) 및 유기안료의 착색제와 적정량 혼합하여 도포량 900±200mg/m2되게 도포한 후 이의 건조를 위해 180℃에서 건조한후 적정발생시간(CCT)을 측정한 결과를나타내었다.
탄소:0.0021-0.0030%, 실리콘:0.005-0.01%, 망간:0.1-0.2%, 인:0.009-0.03%, 황:0.008-0.012%, Sol, Al : 0.036-0.052%, 질소:0.002-0.0027%, B:0.0003-0.0006%, Nb:0.004-0.009% 이면서 Nb/C 원자비가 0.5이하를 잘 만족하도록 Nb 및 탄소량을 제어한 발명강 1-3번강은 소부경화량이 4.3-5.6kgf/㎟, 적청발생시간이 136-142Cycle, r값 1.84-1.87, 연신율 약 45.0%, 인장강도 30.6-31.3kgf/㎟, 항복강도 약 20.0kgf/㎟을 나타내어 본 발명에 의해 성형성과 소부경화성이 우수한 고내식성 유기피복강판을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
4번강은 Nb량이 0.007%로서 0.002-0.01%사이에 있으나 강중 탄소함량이 0.0012%로서 탄소의 하한값이 0.0015%보다 적기 때문에 Nb/C원자비가 본 발명강의 청구범위인 0.5보다 높으므로 소부경화량은 2.1kgf/㎟으로 매우 낮은 값을 나타내었다.
5번강은 Nb 및 B의 함량이 각각 0.02%, 0.002%로서 본 발명강의 성분 규제범위를 벗어나 있으며, 특히 Nb/C 원자비가 1.03으로서 매우 높아 소부경화성은 얻어지지 않았으며, 또한 B함량이 매우 높아 항복강도 및 인장강도가 매우 높으며 연신율 및 r치가 매우 낮아 재질의 열화가 발생하였다.
6번강은 Nb의 함량이 0.015%로서 본 발명강의 성분규제범위를 벗어나 있어 Nb/C원자비가 1.08로서 매우 높으므로 소부경화량은 0이었으며, 또한 B이 전혀 첨가되지 않아 B에 의한 소부경화성을 기대할 수 없다.
7번강은 다른 원소들은 본 발명강의 성분범위를 잘 만족하고 있으나 실리콘의 함량이 0.4%로서 본 발명강의 성분 규제범위를 벗어나 있으므로 소부경화성 및 재질은 우수하나 적청발생시간은 82 Cycle로서 매우 낮은 값을 나타내었다.
8번강 또한 실리콘의 함량이 0.6%로서 매우 높으며, 특히 B의 함량이 0.0021%로서 매우 높으므로 재질이 열화되고 적청발생시간이 61 Cycle로서 매우 낮았다.
[표 1]
[표 2]

Claims (1)

  1. 중량%로 C:0.0015-0.0030%, Si:0.2% 이하, Mn:0.07-0.4%, P:0.008-0.09%, S:0.008-0.015%, 가용(Soluble) Al:0.02-0.08%, N:0.0030% 이하, B:0.0003-0.0010%, Nb:0.002-0.01%를 함유하면서, Nb/C원자비가 0.5이하인 극저질소, 극저탄소 Al-Killed강을, 1200℃이상에서 균질화 열처리후 900-950℃의 온도에서 마무리열간압연을 행하고, 700-750℃의 온도범위에서 고온 권취한 다음, 75%의 냉간압연율로 냉간압연후 800-860℃의 온도범위에서 연속소둔하고나서, 조질압연율 1.0-2.0%로 조질압연하여 냉연강판을 제조하고, 상기 제조된 냉연강판을 통상의 방법으로 Zn-Ni전기도금 및 전처리후 크로메이트 처리하고 그 위에 유기피막을 도포한 후 소부온도 140-200℃ 범위로 소부처리함을 특징으로 하는 소부경화량 4-6kgf/㎟ r≥1.8, 연신율 ≥45%, 인장강도 30kgf/㎟급의 성형성 및 소부경화성이 우수한 유기피복형 고내식 강판 제조방법.
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