KR100276277B1 - 가공성 및 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

가공성 및 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 내외판재등에 사용되는 냉간압연강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 시효지수 3.0kgf/mm2이하이고 인장강도 30-35kgf/mm2급인 가공성과 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.01-0.04%, Mn:0.1-0.6%, P:0.008-0.09%, S:0.025-0.07%, 가용(Soluble) Al:0.02-0.08%, N:0.0040% 이하인 저탄소 Al-Killed 강을 1200℃ 이상에서 균질화 열처리후 900-950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 700-750℃의 온도범위에서 귄취한 다음, 냉간압연을 행하고 이어서 770-860℃의 온도범위에서 균일온도 열처리를 하그, 냉각속도 30-50℃/s의 범위로 급냉하는 연속소둔을 실시하고, 경사과시효를 행한 다음, 1.0-2.0%의 조질압연을 실시하는 가공성 및 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

가공성 및 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법
본 발명은 자동차의 내외판재등에 사용되는 냉간압연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공성과 내시효성이 우수한 인장강도 30-35kgf/mm2급의 저탄소 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 경량화에의한 연비향상과 차체의 경량화를 목적으로 자동차용 냉연강판의 고강도화 및 성형성 향상에 대한 요구가 한층 커지고 있다. 자동차용 냉연강판에 요구되는 특성으로는 항복강도, 인장강도, 양호한 프레스 성형성, 스폿트(spot)용접성 및 상온 내시효성등이 있다. 특히, 저탄소 냉연강판에 있어서 제품의 내시효성은 매우 중요한 특성중의 하나이다.
이러한 시효는 강중에 잔존하고 있는 침입형 고용원소인 탄소 및 질소가 최종 공정인 프레스(press) 가공과정에서 생성된 전위를 고착함에 따라 경화가 일어나는 일종의 변형시효 현상이므로 강중에 탄소 및 질소가 증가하면 고용원소 과다로 인해 상온시효가 수반되므로 성형시 항복강도와 항복점 연신율 나타내는 스트레쳐 스트레인(stretcher strain)을 발생시키며 성형성을 악화시키므로 이와 같은 불량 발생 방지를 위해서는 가능한 고용원소를 낮추는 것이 바람직하다.
일반적으로 강판의 성형성과 내시효성은 서로 상반된 특징을 가지고 있다.
냉연강판에 있어서 양 특성을 만족시킬 수 있는 종래의 소둔방법으로서 상소둔에의한 저탄소 냉연강판을 제조하는 것이 통상의 방법이었다. 그러나, 상소둔 방법은 재질의 균일성 측면과 제조원가의 측면에서 매우 불리하므로 현재는 연속소둔법에의한 냉연강판의 제조가 주류를 이루고 있다. 이는 연속소둔 방법이 작업의 연속화, 노동력절감, 제품의 균일성 및 단시간 작업 등에 있어서 매우 큰 이점을 가지고 있기 때문이었다. 그러나, 연속소둔법에의해 제조된 저탄소 냉연강판은 상소둔재에 비해 급속가열, 단시간 소둔에의해 성형성 및 내시효성이 열화되어 가공성이 요구되지 않는 부위에만 부분적으로 적용되고 있다.
최근 제강기술의 비약적인 발달에 힘입어 극저탄소강을 이용하여 Ti 또는 Nb 등의 강력한 탄질화물 형성원소를 첨가한 Al-Kiled 강의 사용으로 내시효성과 성형성이 우수한 냉연강판이 제조되어 자동차의판재용으로 사용이 증가 추세에 있다. 그러나, 극저탄소강의 제조를 위해서는 제강단계에서 진공탈가스 공정의 추가 및 특수원소 첨가에의한 제조원가 상승을 초래하게 되며, 특히 Nb 첨가강의 경우 고온소둔에의한 작업성 악화등의 문제가 발생한다.
한편, 저탄소강을 이용한 내시효성을 확보하기 위한 방법으로서 일본공개 특허공보 (평)5-55573호의 경우 C:0.01-0.06%, S:0.002-0.025%, Mn:0.05-0.4%로 제어하고 슬라브(Slab) 재가열온도 1000-1130℃의 저온가열한 냉연강판을 연속소둔시 50-200℃/s의 급속냉각, 200-310℃에서 수초간 유지후 재가열 및 경사과시효를 이용한 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법이 제시되어 있다. 그러나, 상기 방법은 성분의 엄격한 제어뿐만 아니라 연속소둔시 급냉후 재가열, 경사과시효라는 특수한 소둔방법을 이용하고 있기 때문에 급냉후 재가열을 위한 소둔설비의 전면 개조가 불가피하며 저온 슬라브 재가열온도로 인해 열간압연시 혼립조직에의한 재질열화가 예상된다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 극복하기 위해 연속소둔 설비의 개조없이 단순히 탄소, Mn 및 S 등의 원소들의 적정 성분제어 및 염격한 제조조건을 이용하여 통상의 연속소둔방법으로도 가공성 및 내시효성이 우수한 인장강도 30-35kgf/mm2급의 저탄소 냉연강판을 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 중량%로, C:0.01-0.04%, Mn:0.1-0.6%, P:0.008-0.09%, S:0.025-0.07%, 가용(Soluble) Al:0.02-0.08%, N:0.0040% 이하인 저탄소 Al-Killed 강을 1200℃ 이상에서 균질화 열처리후 900-950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 700-750℃의 온도범위에서 권취한 다음, 냉간압연을 행하고 이어서 770-860℃의 온도범위에서 균일온도 열처리를 하고, 냉각속도 30-50℃/s의 범위로 급냉하는 연속소둔을 실시하고, 경사과시효를 행한 다음, 1.0-2.0%의 조질압연을 실시하는 가공성 및 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 합금성분에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 탄소(C)는 고용강화와 더불어 내시효성에 치명적인 영향을 미치는 원소로서, 그 함량이 적을수록 성형성 및 내시효성 향상에 유리하다. 탄소함량이 0.01% 이하인 경우 인장강도가 부족하며 탄소함량을 낮추기 위해 제강단계에서 진공탈가스 처리작업등을 행하여야 하므로 제조원가 측면에서 불리하다. 또한, 0.04% 이상이 되면 고용탄소량이 과다하게 되어 상온 내시효성 확보에 매우 불리하므로 프레스 성형시 스트레쳐 스트레인이 발생하게 되는 등 성형성과 연성이 저하된다.
망간(Mn)은 연성의 손상없이 입자를 미세화시키며 강중의 황을 완전히 MnS로 석출시켜 FeS의 생성에의한 열간취성을 방지하기 위한 원소이며, 특히 내시효성을 확보하기 위해 MnS 석출물의 적정크기 제어가 필요하다. 이때, 망간함량이 0.1%이하인 경우 강도의 저하와 더불어 적정 MnS 석출물 크기의 제어가 곤란하며, 0.6% 이상 첨가될 경우 고용강화에의해 강도는 급격히 증가하는데 비해 연성의 저하가 불가피하게 되며, 또한 내시효성 확보를 위한 적정 MnS 석출물 크기를 확보하기 위해서는 황의 함량이 증가하게 되어 재질의 열화가 발생하게 되므로 그 함량을 0.1-0.6%로 제한한다. 보다 바람직하게는 적정한 MnS 석출물의 크기를 보다 안정하게 확보하기 위하여 강 중의 Mn 함량을 0.25-0.4%로 하는 것이다.
인(P)은 내시효성 개선에는 큰 영향이 없는 원소이나 강중에서 고용강화 효과가 가장 큰 치환형 합금원소로서, 면내 이방성을 개선하고 강도를 증진시키는 역할을 한다. 그러나, 인의 함량이 0.008% 이하인 경우 상술한 효과는 얻을 수 없으며, 0.09% 이상으로 첨가한 경우 급격한 강도상승과 더불어 입계에 편석하여 재료를 취화시키는 등 연성의 저하가 불가피하므로 그 첨가량을 0.008-0.09%로 제한한다.
황(S)은 고온에서 망간과 더불어 MnS의 황화물로 석출한다. 황함량이 0.025% 이하인 경우 적정 MnS 석출물의 크기를 확보하기가 어려우며, 0.07% 이상으로 첨가될 경우 내시효성 확보를 위한 망간의 첨가량이 많아져 강도상승에 따른 연성의 저하가 불가피하므로 그 첨가량을 0.025-0.075로 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 적정한 MnS 석출물의 크기를 보다 안정하게 확보하기 위하여 강중 S의 함량을 0.04-0.07%로 하는 것이다.
알루미늄(Al)은 강의 탈산 및 탈질을 위해 첨가하는 원소로서; 0.02% 이하로 첨가될 경우 강중에 산화개재물이 많아져 가공성이 연화되는 등 기계적 성질에 불리하다. 또한, 0.08% 이상으로 과다하게 첨가된 경우 재질의 경화 및 제조비용의 상승을 초래하게 되므로 그 함량을 0.02-0.008%로 제한함이 바람직하다.
질소(N)는 소둔전 또는 소둔후에 고용상태로 존재함으로써 강의 성형성을 열화시키며, 시효열화가 다른 침입형 원소에 비해 매우 크므로 Al에의해 고정시킬 필요가 있다. 그러나, 그 함량이 0.0040% 이상이 될 경우 AlN 석출을 위한 A1 첨가량이 증가하여 재질이 열화되므로 그 함량을 0.004% 이하로 제한할 필요가 있다.
이하, 본 발명의 제조조건에 대하여 상세히 설명한다.
상기한 조성으로 전로에서 용해한 후 연속주조된 슬라브는 열간압연전의 오스테나이트 조직이 충분히 균질화될 수 있는 1200℃ 이상에서 가열하여 Ar3온도 직상인 900-950℃의 온도범위에서 열간압연을 마무리한다.
슬라브 균열온도가 1200℃ 이하인 경우 강의 조직이 균일한 오스테나이트 결정립이 되지 못하여 혼림이 발생하게 되며, 특히 강중에서 MnS 석출물이 조대화되는 문제점등이 발생하게 되므로 탄화물 핵생성 사이트로서 역할을 할 수 있는 MnS 석출물의 적정크기 제어가 어려워 내시효성 확보가 어렵다.
열연마무리 온도가 900℃ 이하일 경우 열연코일의 상(top), 하(tail)부 및 가장자리가 단상영역으로 되어 면내 이방성 증가 및 성형성이 열화된다. 또한 950℃ 이상인 경우 현저한 조대립이 발생하여 가공후에 표면에 오렌지 필(orange peel)등의 결함이 생기기 쉽다.
상기 열간압연 가공후 열연판에 잔존하는 고용탄소에의한 가공성 악화를 방지하기 위해 700-750℃의 고온권취가 바람직하다. 그러나, 권취온도가 750℃ 이하인 경우 열연조직의 세립화에 기인한 항복강도 상승 및 성형성의 열화가 초래된다.
열간압연이 완료된 강은 통상의 방법으로 산세를 행한 후 냉간압연을 행하고, 또한 충분한 페라이트 결정립 성장이 일어날 수 있는 770-860℃의 온도범위에서 균열온도 열처리를 행한다. 이때, 소둔균열온도가 860℃ 이상이 되면 고온소둔으로 인한 연속소둔시 장력제어가 어렵게 되며 버너의 수명이 감소되는 등 작업성 악화가 예상되므로 그 온도범위를 770-860℃으로 제한하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 승온속도 8-10℃/s로 승온후 재결정이 완료되고 770-860℃의 온도범위에서 균열온도 열처리후 3-6℃/s의 냉각속도로 서냉, 30-50℃/s의 냉각속도로 급냉후 과시효 초기온도 350-450℃에서 300-400℃의 온도까지 3-5분간 경사과시효 처리후 공냉하는 것이다.
상기 제조방법으로 제조된 저탄소 Al-Killed 강을 이용하여 내시효성을 확보하기 위한 수단으로 통상의 조질압연을 보다 다소 높은 1.0-2.0%의 조질압연을 행한다. 조질압연율이 1.0% 이하인 경우 상온에서 장시간 보전시 시효가 발생하여 항복강도가 증가하고 프레스 가공시 치명적인 항복점 연신율이 재현되는 등 내시효성 측면에서 매우 불리하다. 그러나, 조질압연율이 2.0% 이상인 경우 과다한 조질압연에의한 가공경화가 발생하여 강도가 증가하고 연성이 저하되는 등 재질의 열화가 발생한다.
상기와 같은 방법에의하면, 본 발명에서는 연속소둔 공정에서 급냉후 재가열 처리하지 않기 때문에 연속소둔설비의 개조없이도 시효지수 3.0kgf/mm2이하이고 인장강도 30-35kgf/mm2급인 가공성과 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판이 제공된다.
이하, 실시예를 통해 본 발밍을 상세히 설명한다.
[실시예]
아래의 표 1은 탄소, 망간 및 황을 염격하게 제어한 발명강과 비교강의 화학성분 및 제조조건을 나타낸 것으로 1-5번 강이 발명강이며, 6-9번 강이 비교강이다.
[표 1]
주) SRT : 슬라브 재가열온도(℃)
FT : 열간마무리 압연온도(℃)
CT : 권취온도(℃)
상기 표 1의 강을 열간압연을 행하고 75%의 압하율을 부여하여 약 0.8mm의 두께를 갖도록 냉간압연 후, 또한 숭온속도 8℃/s, 800℃의 소둔온도에서 균열열처리 후 5℃/s의 냉각속도로 서냉, 40℃/s의 냉각속도로 급냉처리후 과시효 초기온도 400℃에서 350℃ 까지 3분간 경사과시효후 공냉하는 연속소둔을 행한 다음, 약 1.5%의 조질압연을 행하고, 얻어진 강판에 대하여 기계적 성질을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
상기 표 1, 2에 나타난 바와같이, 탄소 약 0.015%, 망간 0.11-0.32%, 인 0.011-0.015%, 황 0.027-0.068%, 질소 0.001-0.0041%이면서 슬라브 재가열온도를 1250℃로 제어한 발명강(1-5)의 경우 시효지수(AI)가 2.5-2.9kgf/mm2, 연신율 40.3-43.7%, 인장강도 31.4-34.6kgf/mm2을 나타내어 본 발명에서 원하는 가공성과 내시효성이 얻어짐을 알 수 있다.
한편, 비교강(6)의 경우 다른 원소들은 본 발명의 성분범위를 잘 만족하고 있으나 황의 함량이 0.007%로서 매우 낮은 경우로서 강중에서 적정한 크기의 MnS 석출물을 석출시키지 못하여 충분한 탄화물을 형성하지 못하므로 다른 기계적 성질은 우수하나 시효지수가 3.4kgf/mm2로써 완전한 상온 내시효성을 기대할 수 없었다.
또한, 비교강(7)은 황의 함량이 0.012%로 본 발명강의 성분규제 범위보다 낮아서 강중에 적정한 크기의 MnS 석출물이 충분히 형성되지 못하였고, 또한 탄소의 함량이 0.052%로서 매우 높아 재질이 열화되었고 시효지수가 5.3kgf/mm2으로서 매우 높았다.
또한, 비교강(8)은 망간 및 황의 함량이 각각 0.005% 및 0.01%로서 본 발명강의 성분규제 범위를 벗어나 있으므로 충분한 내시효성이 확보되지 않았다.
비교강(9)의 경우 성분은 본 발명강의 성분규제 범위를 잘 만족하고 있으나 제조조건에 있어서 슬라브 재가열온도가 본 발명강의 제조시 규제조건보다 낮은 1020℃이므로 강중의 MnS 석출물들이 탄호물 핵생성 사이트로서의 역할을 할 수 있는 적정크기보다 매우 조대하게 성장하게 되므로 시효지수가 3.8kgf/mm2로서 매우 높아 상온 내시효성이 확보되지 않았다.
상술한 바와같이, 본 발명은 종래의 방법과는 달리 연속소둔 설비의 개조없이 탄소, Mn 및 S 등의 원소들의 적정 성분을 제어하는 동시에 염격한 제조조건을 이용하므로써, 통상의 연속소둔방법으로도 시효지수 3.0kgf/mm2이하이고 인장강도 30-35kgf/mm2급인 가공성 및 내시효성이 모두 우수한 저탄소 냉연강판을 제공하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. (정정) 중량%, C:0.01-0.04%, Mn:0.1-0.6%, P:0.008-0.09%, S:0.025-0.07%, 가용(Soluble) Al:0.02-0.08%, N:0.0040%이하인 저탄소 Al-Killed 강을 1200℃ 이상에서 균질화 열처리후 900-950℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 700-750℃의 온도범위에서 권취한 다음, 냉간압연을 행하고, 이어서 770-860℃의 온도범위에서 균열처리하고 냉각속도 30-50℃/s의 범위로 350∼400℃의 온도까지 급냉하여 300∼400℃의 온도까지 3-5 분간 경사과시효처리하는 연속소둔한 다음 1.0-2.0%의 조질압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 가공성 및 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강조성이 Mn:0.25-0.4중량%, S:0.04-0.07중량% 임을 특징으로 하는 가공성 및 내시효성이 우수한 저탄소 냉연강판의 제조방법.
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