KR100276295B1 - 저항용접이 우수한 고가공용 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공성이 우수한 냉연강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 저항용접성이 우수한 고가공용 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성히기 위하여 본 발명은 중량 %로, C:0.005% 이하, N:0.005% 이하, S:0.02% 이하, Mn:0.05-0.3%, Al:0.03-0.06%, Nb:0.005-0.015%, B:0.0005-0.002%, Ti:0.03-0.06% 를 함유하고, Ti^*= Ti - (48/14)N - (48/32)S 로 정의되는 유효티타늄량(Ti^*)이 원자비로 Ti^*/C:0.5-1.0,(Ti^*+Nb)/C:1.0-2.0을 만족하고 잔부 Fe와 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 극저탄소 알루미늄강을 1100-1250℃ 에서 균질화처리후 900-930℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 이어 600-750℃의 온도범위에서 권취한 다음 압하율 60% 이상으로 냉간압연한 후 재결정온도이상에서 연속소둔함으로써 저항용접성이 우수한 고가공용 냉연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

저항용접성이 우수한 고가공용 냉연강판의 제조방법

본 발명은 자동차 소재 등에 사용되는 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저항용접성이 우수한 고가공용 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 우수한 가공특성이 요구되는 냉연강판은 가공성 향상을 위하여 저탄소 알루미늄 킬드강을 상소둔 방식으로 열처리하여 제조하고 있다.

상소둔으로 기조된 강은 충분히 소둔이 되기 때문에 가공성이 우수하고, 특히 용접시 강중에 존재하는 다량의 탄화물과 탄화물의 재용해에 의해서 고용탄소가 증가되고, 열영향부의 결정립이 미세화됨으로서 열영향부가 강화되어 용접부에서 우수한 기계적 성질을 가긴다.

그러나, 제조공정이 길어지므로 생산성이 떨어지고 코일전장에 걸쳐 재질불균일 현상이 생기는 문제가 있다.

최근에는, 상기 문제를 해결하기 위하여 극저탄소 알루미늄 킬드강 성분계에 Ti,Nb 을 첨가한 강을 연속소둔 처리함으로서 가공성은 상대적으로 높지 않지만, 재질이 균일하고 생산성이 우수한 냉연강판을 제조하고 있다.

상기 극저탄소강인 경우 강중에 침입형 원소나 석출물등이 거의 존재하지 않기 때문에 용접과 같은 고온으로 가열될 경우 열영향부등에서 결정립이 성장하여 강도가 급격히 떨어지는 단점이 있다.

실제로, 상기 강의 용접부에 하중이 가해지면 열영향부를 따라 균열이 발생되고 있고 이를 빙지하기 위해 용접후 냉각속도를 증가시키는등 용접조건의 변화를 통하여 그 이용을 도모하고 있지만 극저탄소강 자체의 근본적인 문제를 해결하지는 못하고 있다.

이에 따라 최근 산업현장에서는 연속소둔 방식에 의하여 생산성이 우수하고, 용접성이 우수한 극저탄소강의 필요성이 점점 커지고 있다.

이에, 본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 극복하기 위해 극저탄소 알루미늄 킬드강에 Ti, Nb, B 등의 원소들이 첨가량과 첨가비를 적절하게 조절하고 제조조건 제어하여 동상의 연속소둔 방식으로도 가공성이 우수하고, 용접시 용접부에 균열발생이 없는 고가공용 냉연강판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량 %로, C:0.005% 이하, N:0.005% 이하, S:0.02% 이하, Mn:0.05-0.3%, Al:0.03-0.06%, Nb:0.005-0.015%, B:0.0005-0.002%, Ti:0.03-0.06% 를 함유하고, Ti^*= Ti - (48/14)N - (48/32)S 로 정의되는 유효티타늄량(Ti^*)이 원자비로 Ti^*/C:0.5-1.0,(Ti^*+Nb)/C:1.0-2.0 을 만족하고 잔부 Fe와 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 극저탄소 알루미늄강을 1100-1250℃ 에서 균질화처리후 900-930℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 이어 600-750℃의 온도범위에서 권취한 다음 압하율 60% 이상으로 냉간압연한 후 재결정온도이상에서 연속소둔하여 용접성이 우수한 고가공용 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 강조성에 대한 수치한정이유를 상세히 설명한다.

탄소(C)는 0.005중량%(이하, '%' 라고 함)이상이 되면 과포화 고용탄소가 증가하여 성형성에 유리한 집합조직의 발달을 저해하고 가공성이 낮아질 뿐만 아니라, 가공시 시효현상이 발상하여 강판에 스트레쳐 스트레인 현상이 발생한다. 또한, 탄소의 양이 증가하면 고용탄소를 고착하기 위한 티타늄의 양이 증가되기 때문에 탄소의 상한 첨가량을 0.005% 로 제한하는 것이 바람직하다.

질소(N)는 강중에 고용상태로 존재하여 보론과 결합하여 조대한 보론나이트라이드(BN)를 형성하여 응접시 결정립성장억제효과와 변태억제효과를 감소시키므로 첨가량을 억제할 필요가 있는데, 그 첨가량이 0.005% 이상이 되면 과포화 고용질소가 증가하여 성형성에 유리한 집합조직의 발달을 저해하여 가공성이 낮아지고, 가공시 시효현상이 발생하기 때믄에 강판에 스트레쳐 스트레인 현상이 발생된다. 또한, 질소의 양이 증가하면 고용질소를 고착하기 위한 티타늄의 양이 증가되기 때문에 질소의 상한 첨가량을 0.005% 로 하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)은 0.05% 이하로 첨가시 황에 의한 적열취성을 방지하기 곤란하며, 첨가량이 0.30% 이상이 되면 고용 Mn에 의해서 성형성에 유리한 집합조직의 발달이 저해되어 가공성이 감소하기 때문에 Mn 의 첨가범위를 0.05-0.30% 로 제한하는 것이 바람직 하다.

알루미늄(Al)은 강의 탈산을 위해 첨가하며, 고용알루미늄이 증가하면 가공성이 감소되므로 0.03-0.06% 로 첨가량을 제한하는 것이 바람직하다.

황은 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소이므로 그 첨가범위를 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)은 강중에 티타늄나이트라이드(TiN), 티타늄카바이드(TiC)등의 석출물로 석출되어 강중이 존재하는 고용 탄,질소를 고착하여 가공성을 향상시키는 원소로서 티타늄의 첨가량이 적으면 질소 및 탄소를 충분히 고착하지 못하여 고용질소 및 탈소가 존재하게 된다. 상기 고용질소는 보론이 고용상태로 존재하는 것을 어렵게 하기 때문에 보론의 입계편석에 의한 용접부의 결징립 미세화가 안되어 용접부의 기계적성질이 떨어진다. 또한, 상기 고용탄소는 가공성에 유리한 집합조직의 발달을 저해하기 때문에 가공성을 저하시킨다. 따라서, 티타늄의 첨가량이 적으면 TiN, TiC 석출에 의한 고용탄소 및 질소를 충분히 고착하기 어렵고, 티타늄의 첨가량이 증가하면 고용탄소 및 질소를 충분히 고착할 수 있어 가공성은 증가하지만 연주시 노즐막힘이 발생하여 강판의 표면품질을 떨어뜨려 생산성을 감소시키기 때문에 그 첨가량은 0.03-0.06% 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

니오븀(Nb)은 강중에 고용상태로 존재하고 입계에 편석하여 결정립성장을 억제함으로서 용접부강도향상에 유리한 원소이다. 실제 니오븀은 강중의 고용탄소와 결합하여 미세한 니오늄카바이드로 석출되어 오스테나이트-페라이트 변태를 억제시켜 용접과 같은 고온열처리후 열영향부에서 미세한 조직이 형성되게 함으로서 용접부 강화작용을 한다. 니오븀의 첨가량이 적으면 고용니오븀으로 존재하게 힘들기 때문에 입게에 편석하어 결정립 성장억제 작용이 감소되고, 첨가량이 너무 많으면 고용상태로 존재하는 니오븀이 가공성에 유리한 집합조직의 발달을 저하하기 때문에 강의 가공성을 크게 저하시긴다. 따라서 0.0050-0.015% 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

보론(B)은 강중에 고용상태로 존재하여 결정립계에 편석하여 결정립을 미세화시킬뿐만 아니라 오스티나이트에서 페라이트로 변태를 억제하여 상온에서 미세한 페라이트 조직을 형성하여 강화시키는 작용을 하는 원소로서, 첨가량이 적으면 결정립의 미세화효과 및 번태억제 효과가 적고, 첨가량이 너무 많으면 가공성에 유리한 집합조직의 발달을 저해하기 때문에 0.0005- 0.0020% 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 함유된 강 조성에 석출물을 효과적으로 제어하기 위하여 Ti^*=Ti - (48/14)N - (48/32)S 로 정의되는 유효티타늄량과 고용탄소량이 비율 즉, Ti^*/C 의 원자비를 0.5-1.0 으로 하고, (Ti^*+Nb)/C 의 원자비를 1.0-2.0 으로 하면 강중에 조대한 티다늄카바이드(TiC)보다는 미세한 니오븀카바이드(NbC)가 더 많이 석출되어 용접과 같은 고온가열시 결정립이 미세하게 되어 용접부의 강도가 증가된다.

상기 (Ti^*+Nb)/C 의 양이 원자비로 2.0 이상이 되면 고용으로 존재하는 Nb 의 양이 증가하여 가공성이 감소되기 때문에 그 양은 1.0-2.0 으로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상기와 같이 조성된 강을 1100-1250℃의 온도범위에서 균질화처리를 실시하면 조대한 석출물이 많이 석출되어 가공성을 향상시킬 수 있다. 그러나 균질화처리온도가 1250℃ 이상이 되면 주로 미세한 석출물이 생겨 가공성이 떨어지므로 주의 하여야 한다. 균질화 처리가 끝난 시편은 Ar₃온도 직상인 900-930℃의 온도범위서 마무리 열간압연을 실시하고, 이어 600-750℃의 온도범위서 권취하면 제조된 열연강판은 조직이 미세하게 된다. 또한; 강중에 존재하는 고용탄소와 질소를 충분히 고착할 수 있어 가공성이 향상된다. 상기 권취된 열연판을 냉간압연할때 압하율이 충분하지 않으면 가공성이 떨어지므로 압하율을 60% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 극저탄소강의 경우 압하율이 증가하면 가공성이 증가하기 때문에 압하율을 60% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 냉간압연이 완료된 강판은 통상의 소둔조건에서 재결정온도 이상에서 연속소둔을 실시한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기표 1과 같은 조성의 강을 1200℃ 가열로에서 한시간 유지후 910℃에서 마무리 열간압연하고, 이어 700℃에서 권취한 후 압하율을 75% 로 하여 냉간압연한 후 소둔온도를 850℃ 로 하여 연속소둔을 실시하였다. 연속소둔이 끝난 시편은 100×20(mm) 크기로 절단하여 용접전류 8kA, 용접시간 10cycles, 유지시간 20cycles, 가압력 220kgf 로 점용접을 실시하여 전단인장시편을 제작하였다. 제작된 전단인장시편은 만능인장시험기를 이용하여 전단인장강도를 측정하고, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

상기표 2에 나타나 있듯이 발명강(1-2)은 인장강도가 2gkgf/㎟ 이상이고, 연신율이 50% 이상이며 또한 평면이방성 값(r)이 1.8 이상으로 일반티타늄 첨가극저탄소강인 비교강(4)와 유사한 재질수준을 나타내고 있으며, 점용접부의 전단인장강도 또한 저탄소강인 비교강(8)과 유사한 430-440kgf/spot 로서 아주 우수한 용접부 전단인장강도를 나타냈다.

그러나, 비교강(3)의 경우 니오븀이 0.024% 로 첨가량이 너무 많아 (Ti^*+Nb)/C 원자비가 2.0 이상이 되이 용집부 전단인장강도는 우수하지만 가공성이 낮기 때문에 고가공용으로 사용하기가 곤린하였다. 또한, 비교강(4)의 경우 티타늄 단독 첨가강으로 평면이방성(r) 값이 매우 높아 우수한 가공성을 나타내지만, 강중에 나이오븀이나 보론이 첨가되지 않았기 때문에 점용접부 전단인장강도가 330kgf/spot 수준으로 아주 낮았는데 용접부 전단인장강도가 낮으면 하중을 받을 경우 용접부에서 균열발생이 쉬워진다. 이와같이 디타늄 단독 첨가강에서 용접부 전단인장강도가 낮은 것은 니오븀이나 보론갈은 결정립성장을 억제하는 원소가 첨가되지 않았기 때문이다.

비교강(5)의 경우 니오븀 단독 첨가강으로 가공성은 우수하지만 용접부 전단인장강도는 매우 낮았는데, 이는 첨가된 니오븀이 고용탄소, 질소와 결합하여 석출물을 형성하기 때문에 결정립 성장억제효과가 고용상태로 존재하는 경우 보다 많이 감소되었기 때문이다.

비교강(6)의 경우 티타늄 첨가강에 미량의 보론을 첨가한 강으로 가공성은 우수하지만 용접부 전단인장강도가 다소 낮았는데, 이는 미량의 보론이 입계에 편석하여 결정립을 미세화시켜 용접부 전단인장강도를 다소 상승시켰으나, 니오븀이 첨가되지 않았기 때문에 결정립 미세화 효과가 크지 않아 점용접부 전단인장강도가 높지 않은 것이다.

비교강(7)의 경우 니오븀과 보론이 복합 첨가되어 용접부 전단인장강도는 매우 높지만 보론의 첨가량이 첨가범위를 벗어나서 평면이방성(r) 값이 감소하여 가공성이 매우 낮았는데, 전단인장 성질은 우수하지만 가공성이 낮기 때문에 고가공을 필요로 하는 가공용 냉연강판으로 사용하기가 곤란하였다.

비교강(8) 역시 전단인장강도는 우수하지만 탄소의 첨가량이 첨가범위를 벗어나서 시효현상이 발생하고, 가공성이 낮기 때문에 가공용 냉연강판으로 사용하기가 곤란하였다.

상술한 바와같이 본 발명은 극저탄소 알루미늄킬드강에 Ti, Nb, B 등의 원소들을 첨가하고, 그에따른 기조조건을 적절히 제어하여 가공성이 우수한 고강도 저탄소알루미늄킬드강을 연속소둔방식으로 제조할수 있고, 제조된 상기 강은 용접용 소재로 적용될 수 있는 효과가 매우 크다.

Claims (1)

1. (정정) 고가공용 냉연강판의 제조방법에 있어서, 중량 %로, C:0.005% 이하, N:0.005% 이하, S:0.02% 이하, Mn:0.05-0.3%, Al:0.03-0.06%, Nb:0.005-0.015%, B:0.0005-0.002%, Ti:0.03-0.06% 를 함유하고, Ti^*= Ti - (48/14)N - (48/32)S 로 정의되는 유효티타늄량(Ti^*)이 원자비로 Ti^*/C 0.5-1.0, (Ti^*+Nb)/C:1.0-2.0 을 만족하고 잔부 Fe와 기타 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 극저탄소 알루미늄강을 1100-1250℃ 에서 균질화처리후 900-930℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하고, 이어 600-750℃의 온도범위에서 권취한 다음 압하율 60% 이상으로 냉간압연한 후 재결정온도이상에서 연속소둔함을 특징으로 하는 용접성이 우수한 고가공용 냉연강판의 제조방법