KR100368731B1 - 신장 가공성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 구조용 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 중량비로 탄소 0.05%∼0.15%, 질소 0.005∼0.02%, 황 0.02% 이하, 망간 1.0∼2.0%, 실리콘 0.5∼1.5%, 알루미늄 0.03∼0.06%, 인 0.03∼0.12%를 첨가하되, Si+10(P+N)를 1.4% 이상으로 조절하고, 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소를 포함한 알루미늄 킬드강을 준비하는 단계와; 상기 알루미늄 킬드강을 1050∼1300℃정도에서 균질화 처리하는 단계와; 마무리 열간압연온도를 850∼950℃로 하여 열간압연을 실시하는 단계와; 450∼700℃의 온도범위에서 권취하는 단계와, 40∼80%의 냉간압하율로 냉간압연을 실시하는 단계와; 750∼900℃에서 연속소둔을 실시하는 단계로 이루어지고; 상기 연속소둔의 서냉영역에서 냉각속도는 7℃/sec 이하로 유지하고 급냉영역의 냉각속도는 10℃/sec 이상으로 유지하며, 상기 연속소둔의 급냉시작온도는 600℃ 이상으로 유지하고 급냉종점온도는 강의 마르텐사이트변태 시작온도(Ms) 이상으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

신장 가공성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법

본 발명은 신장 가공성이 우수한 자동차 구조용 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 저탄소 알루미늄 킬드강(Al-killed steel)에 망간, 실리콘, 인, 질소 등의 첨가량 및 첨가비를 적절하게 조절하여 페라이트상 내부에 잔류 오스테나이트를 분산시켜 균일연신율과 가공경화지수가 높은 복합조직형 고강도 냉연강판을 제조함으로써 신장가공이 주로 요구되는 자동차용 내외판재의 프레스용 소지강판으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 충격흡수성이 높기 때문에 자동차의 충돌시 충돌에너지를 흡수하는 자동차의 프론트 사이드 멤버(front side member), 필라(pillar)등의 구조용 부품에 사용할 수 있는 신장 가공성이 우수한 자동차 구조용 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 저탄소 알루미늄킬드강에 고용강화원소인 망간, 인 등을 첨가함으로써 이들 치환형원소의 단순한 고용강화 효과를 이용하여 강도가 향상된 냉연강판을 제조하거나 또는 저탄소 알루미늄킬드강에 석출물 형성원소인 니오븀, 티타늄, 바나듐 등을 첨가함으로써 이들의 석출물을 이용하여 강도가 향상된 냉연강판을 제조하여 왔다.

그러나, 망간, 인 등을 첨가한 고용강화강과 석출물을 형성하여 강화하는 석출강화강의 경우 강도는 상승하지만 연신율이 크게 감소하는 단점이 있다. 그리고, 석출경화강이나 고용강화강은 인장강도에 비해 항복강도가 높아 항복비(항복강도/인장강도)가 높기 때문에 형상동결성이 나쁘다.

최근에는 저탄소 알루미늄 킬드강에 강화능이 큰 원소인 망간, 크롬, 몰리브덴 등을 첨가하고 연속소둔공정의 급냉영역에서 냉각속도를 빠르게 하여 마르텐사이트와 페라이트가 동시에 존재한 복합조직강을 제조하고 있다. 그러나 이 방법의 경우 강화능이 큰 원소인 망간을 다량 첨가하여야 하기 때문에 강판의 제조원가가 매우 높아지는 단점이 있을 뿐만 아니라 연속소둔공정의 급냉영역에서 냉각속도를 매우 높게해야 마르텐사이트가 생성되기 때문에 연속소둔설비에 부가적인 냉각설비가 필요하게 되어 강판의 제조원가를 상승시킨다.

한편, 저속의 냉각속도 하에서도 마르텐사이트를 생성시키기 위하여 크롬, 몰리브덴을 망간과 함께 복합첨가하는 경우도 있지만 다량의 크롬과 몰리브덴이 첨가되는 경우에는 제강공정에서의 성분조정이 어렵고 또한 냉연강판의 표면품질을 나쁘게 할 뿐만 아니라 강판의 제조원가를 크게 상승시키는 단점이 있다.

연속소둔의 과시효 공정에서 과시효 처리를 실시하여야 하기 때문에 급냉에서 형성된 마르텐사이트가 분해되어 통상적인 연속소둔공정에서는 복합조직강을 제조하기 어렵다. 즉, 통상 450 ∼ 400℃에서 실시하는 과시효 처리에서는 대부분의 마르텐사이트가 분해되기 때문에 복합조직강의 특성을 얻기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 균일 연신율이 높고, 가공경화지수(n값)가 높아, 신장가공성이 우수한 자동차 구조용 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 자동차 구조용 고강도 냉연강판의 제조방법은 중량비로 탄소 0.05%∼0.l5%, 질소 0.05∼0.02%, 황 0.02% 이하, 망간 1.0∼2.0%, 실리콘 0.5∼1.5%, 알루미늄 0.03∼0.06%, 인 0.03∼0.l2%를 첨가하되, Si+1O(P+N)를 1.4% 이상으로 조절하고, 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소를 포함한 알루미늄 킬드강을 준비하는 단계와; 상기 알루미늄 킬드강을 1050∼1300℃정도에서 균질화 처리하는 단계와; 마무리 열간압연온도를 850∼950℃로 하여 열간압연을 실시하는 단계와; 450∼700℃의 온도범위에서 권취하는 단계와; 40∼80%의 냉간압하율로 냉간압연을 실시하는 단계와; 750∼900℃에서 연속소둔을 실시하는 단계로 이루어지고; 상기 연속소둔의 서냉영역에서 냉각속도는 7℃/sec 이하로 유지하고 급냉영역의 냉각속도는 10℃/sec 이상으로 유지하며, 상기 연속소둔의 급냉시작온도는 600℃ 이상으로 유지하고 급냉종점온도는 강의 마르텐사이트변태 시작온도(Ms) 이상으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 냉연강판의 제조방법은 상기 연속소둔의 서냉영역에서 냉각속도를 -7℃/sec이하로 유지하며, 급냉영역의 시작온도는 600℃이상에서 실시하는 것을 특징으로 하고 또한 상기 급냉영역의 냉각속도는 통상의 급냉속도로 실시하되 -10℃/sec이상으로 유지하고, 급냉종점온도는 강의 마르텐사이트변태 시작온도(Ms) 이상으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따르면, 저탄소 알루미늄킬드강을 이용하여 신장가공성이 우수하고, 충격에너지 흡수성이 높기 때문에 심한 프레스 가공이 필요한 부품 또는 내충격흡수성을 필요로 하는 자동차 부품용 고강도 냉연강판의 제조방법은 실리콘, 인, 질소의 첨가량 및 첨가비를 적절하게 조절하고 열간 및 냉간 압연조건을 제어함으로써 기존의 연속소둔설비의 소둔싸이클을 이용하여 냉연강판을 제조할 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 냉연강판의 제조방법은 중량비로 탄소 0.05∼0.15%, 질소 0.005∼0.02%, 황 0.02%이하, 망간 1.0∼2.0%, 실리콘 0.5∼1.5%, 알루미늄 0.03∼0.06%, 인 0.03∼0.12%를 첨가하되 Si+1O(P+N)를 1.4%이상 조절하고 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소를 포함하는 알루미늄 킬드강을 준비한다.

그리고, 알루미늄 킬드강은 1050∼1300℃정도에서 균질화 처리된 후 Ar3 변태점 직상인 850∼950℃를 마무리 열간압연온도로 하여 열연되고, 450∼700℃의 온도범위에서 권취되고, 40∼80%의 냉간압하율로 냉연처리되고, 750∼900℃의 온도범위에서 연속소둔된다.

이때, 연속소둔의 서냉영역에서의 냉각속도는 -7℃/sec 이하로 유지되고 급냉은 600℃ 이상의 온도에서 실시된다. 그리고, 급냉영역에서의 냉각속도는 통상의 급냉속도로 실시하되 -10℃/sec 이상으로 유지한다. 한편, 급냉종점온도는 강의 마르텐사이트 변태 시작온도(Ms) 이상으로 반드시 유지하여야 한다. 또한, 연속소둔에서의 과시효처리는 500∼350℃에서 실시된다.

강판의 제조에 있어서, 서냉구역에서의 냉각속도는 페라이트상의 청정화에 큰 역할을 하므로 냉각속도를 가능한 낮추는 것이 유리하다.

한편, 본 발명에 따른 알루미늄 킬드강의 제조에 있어서, 실리콘과 인은 2상 영역에서 소둔시 실리콘의 탄소에 대한 반발력과 탄소의 활동도 증가 효과를 이용하여 페라이트상 내의 탄소를 청정화시키고 오스테나이트의 탄소농도를 증가시키기 위하여 첨가된다. 따라서, 인과 실리콘의 2가지 원소를 적절하게 조절함으로써 가공성이 우수한 고강도강을 제조할 수 있다.

특히, 실리콘이 다량으로 첨가되는 경우에 산세 및 냉간압연공정에서 연속작업을 위해서 행해지는 플래시버트(flash butt)의 용접성을 크게 악화시키므로 그 첨가량을 적절히 조절하는 것이 필요하다. 인은 다량으로 첨가되는 경우에 중심편석에 의한 재질편차를 가져오므로 그 첨가량을 적절하게 조절하는 것이 필요하다.

질소는 탄소와 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이고 저온권취처리를 하면 고용상태로 존재하여 오스테나이트에 농화되는 효과를 크게 나타내기 때문에 열처리후 잔류 오스테나이트의 안정도를 크게 증가시키는 역할을 한다. 통상, 질소는 가공성을 악화시키는 원소로 알려져 있지만, 연구결과 질소를 다량 첨가할 경우 연속소둔공정의 과시효 처리시 오스테나이트의 안정화를 촉진할 수 있어 강도증가뿐만 아니라 연성증가에도 기여하는 것으로 밝혀졌다. 그리고 다량의 질소 첨가는 특수원소의 첨가량을 줄일 수 있어 원가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 특수원소의 첨가에 의한 재활용을 어렵게 하지 않기 때문에 환경친화형 재료를 제조할 수 있게 한다. 따라서, 실리콘과 인, 질소를 적정하게 조절함으로써 플래시 용접성을 악화시키지 않고 재질편차가 거의 없는 가공성이 우수한 환경친화형 고강도 냉연강판을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 알루미늄 킬드강을 구성하는 성분의 조성범위 한정이류를 설명한다.

탄소(C)의 양이 0.O5중량%(이하 %라고 함) 미만으로 되면 소둔공정에서 오스테나이트상에 탄소의 양이 충분히 농화되지 않기 때문에 상온까지 오스테나이트를 잔류시킬 수 없다. 상온까지 잔류된 오스테나이트는 소성가공시 마르텐사이트 변태를 일으켜 강도를 증가시킬 뿐만 아니라 국부적 네킹발생을 억제하기 때문에 연신율을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 탄소의 양이 0.05% 미만으로 되면 탄소에 의한 고용강화효과 및 석출물강화효과가 감소하기 때문에 인장강도가 감소한다. 따라서, 충분한 인장강도와 연신율을 확보하기 위해서 탄소의 첨가량을 0.05% 이상으로 제한하였다. 그리고, 탄소의 양이 0.l5%를 초과하면 강의 인장강도가 증가하지만 연신율이 감소하고, 탄소함량이 증가함에 따라 용접성이 악화된다. 따라서, 탄소의 상한 첨가량을 0.15%로 제한하였다.

질소는 탄소와 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에 질소를 첨가함으로써 잔류 오스테나이트의 안정도를 증가시켜 연신율을 증가시키는 역할을 수행한다. 즉, 탄소는 철원자와 결합하여 세멘타이트(Fe₃C)을 형성하지만 질소는 저온권취시에 고용상태로 존재하기 때문에 잔류 오스테나이트를 안정화시키는 데 매우 효과가 크다. 질소는 그의 첨가량이 0.005% 미만으로 되는 경우에 잔류 오스테나이트의 안정화에 기여하지 못하고 그 결과 고용질소에 의한 강도 상승효과가 없기 때문에 질소의 하한 첨가량은 0.005%로 제한하였다. 그리고, 질소의 첨가량이 증가하면 제조원가가 상승하기 때문에 질소의 상한 첨가량은 0.02%로 제한 하였다.

망간(Mn)이 1.0% 미만으로 첨가되는 경우에 강판의 인장강도 확보가 어렵게 된다. 그리고, 망간은 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에 2상영역에서 소둔 후 급냉시에 페라이트의 변태를 지연시키도록 작용한다. 따라서, 망간이 충분히 첨가된 경우에 상온에서 많은 양의 잔류오스테나이트를 확보할 수 있다. 즉, 망간은 고용강화 효과가 비교적 큰 원소로 알려져 있기 때문에 강판의 인장강도를 확보하기 위해서도 망간의 첨가량은 1.0% 이상이 필요하다. 그러나, 망간의 첨가량이 2.0%를 초과하는 경우에 망간의 고용강화에 의해서 강판의 강도는 증가하지만 연신율이 감소하여 가공성이 열화되는 단점이 있고 또한 다량의 망간 첨가는 제조원가의 큰 상승을 의미하므로 고망간 고강도강은 상업적으로 사용되기 어렵다. 그리고, 망간의 증가는 탄소당량을 증가시키므로 용접성을 악화시키는 작용도 한다. 따라서, 망간의 첨가범위를 1.0∼2.0%로 제한하였다.

황은 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소이므로 그 첨가 범위를 0.02% 이하로 제한하였다.

실리콘(Si)은 페라이트 변태를 촉진시키는 페라이트 안정화 원소로 알려져 있고, 탄소의 활동도를 증가시켜 소둔시 페라이트 내부에 존재하는 탄소를 오스테나이트로 방출하는 역할을 하여 페라이트를 청정화시킬 뿐만 아니라 과시효 공정에서의 탄화물 생성을 억제하기 때문에 오스테나이트 내부에 존재하는 탄소의 양을증가시키고 마르텐사이트 변태시작온도를 상온 이하로 떨어뜨림으로써 상온까지 오스테나이트를 존재할 수 있게 하는 역할을 한다. 페라이트가 청정화되면 연신율향상에 큰 역할을 하기 때문에 냉연강판의 가공성을 크게 향상시킨다. 그리고 상온에서 존재하는 오스테나이트는 준안정상이기 때문에 가공시 가해지는 응력에 의해서 마르텐사이트로 변태를 일으킨다.

이때 형성되는 마르텐사이트는 인장강도를 증가시킨다. 그리고, 탄소의 양에 따라 오스테나이트의 안정도가 다르기 때문에 응력이 증가하면 오스테나이트의 안정도에 따라 순차적으로 마르텐사이트로 변태하게 된다. 결과적으로 국부적으로 발생하는 네킹현상을 방지할 수 있어 균일연신율을 크게 증가시킬 수 있다. 그 결과 가공경화지수도 자연히 증가한다. 연신율의 증가와 가공경화지수의 증가는 프레스 가공성을 향상시킬 뿐만 아니라 스트레칭성을 크게 향상시키기 때문에 판재의 가공성을 크게 향상시킨다.

이때, 실리콘의 양이 0.5% 미만으로 되면 페라이트상의 청정화가 어렵고 상온에서 충분한 양의 잔류 오스테나이트를 얻기 어렵기 때문에 실리콘의 하한 첨가량을 0.5%로 제한하였다. 따라서 강판의 강도를 충분히 확보하기 위해서는 고용강화 효과를 나타내는 실리콘은 0.5% 이상으로 첨가되어야 한다. 그러나, 실리콘이 다량으로 첨가되는 경우에는 연신율이 감소하여 가공성을 악화시키는 단점이 있고, 특히 1.5%를 초과하여 첨가되면 플래시버트 용접성을 크게 악화시키기 때문에 그 상한 첨가량을 1.5%로 제한하였다.

고강도강에서 인(P)은 고용강화원소로 종종 첨가되지만 발명강에서는 과시효공정에서 형성되는 탄화물의 생성을 억제하기 위해서 인을 첨가한다. 이 경우 인은 실리콘과 동일한 작용을 나타낸다. 따라서, 인이 너무 적게 첨가되면 강중에 존재하는 잔류 오스테나이트의 양이 감소하고 고용강화효과가 크지 않기 때문에 강의 연신율이 감소하고 인장강도도 크게 증가하지 않는다. 따라서 인의 하한 첨가량을 0.03%로 한정하였다. 그러나 인의 첨가량이 0.12%를 초과하면 강판의 용접성이 악화되고 연주시 일어나는 중심편석에 의해서 부위별로 강의 재질편차를 크게하는 단점이 있다. 따라서 인의 상한 첨가량을 0.12%로 제한하였다.

상술된 바와 같이, 실리콘 및 탄소의 첨가량이 너무 많으면 플래시버트 용접성을 크게 악화시키는 단점이 있으므로 실리콘 및 탄소의 양을 감소시키지만, 탄화물 형성억제 원소인 인을 첨가시켜도 같은 효과를 얻을 수 있고 또한 고용질소를 이용함으로써도 고용탄소가 잔류 오스테나이트에 기여하는 효과를 얻을수 있다. 따라서, 실리콘과 인, 질소의 양에 의해서 재질은 영향을 받게 된다. 즉, Si + 10(P+N)의 양이 1.4% 미만으로 되면 페라이트의 청정화가 어렵고 잔류 오스테나이트의 생성이 어렵게 되므로 Si + 10(P+N)의 하한 첨가량을 1.4%로 하였다.

알루미늄(Al)은 강중 탈산을 위하여 첨가되는데 알루미늄의 첨가량이 0.03% 미만으로 되면 강중에 산소가 존재하며 그 결과 제강시 망간, 실리콘 등의 산화물 형성원소가 첨가되는 경우에 망간산화물, 실리콘산화물 등이 형성되어 망간, 실리콘 등의 성분제어가 힘들게 된다. 한편, 알루미늄의 양이 0.06%를 초과하면 알루미늄의 양이 필요 이상으로 참가되어 제조원가가 상승하고 또한 강판의 표면결함을 다량으로 발생시키므로 알루미늄의 상한 첨가량을 0.06%로 제한하였다.

다음은 상기 조성으로 이루어진 본 발명에 따른 강의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

상기 조성으로 이루어진 강판을 1050∼1300℃정도에서 균질화처리를 실시한다. 이때, 균질화처리온도가 1050℃ 미만이면 균질화 효과가 없는 반면에 1300℃를 초과하면 주로 미세한 석출물이 석출되어 가공성이 나빠진다. 따라서 균질화 처리온도는 1050∼1300℃로 제한하였다.

균질화 처리가 끝난 강판은 Ar3 온도 직상인 850∼950℃에서 마무리 열간압연을 실시하고 450∼700℃에서 권취하므로써 미세한 석출물이 분포된 열연판조직을 얻을 수 있도록 한다. 즉, 열연권취온도를 700℃ 이하로 유지함으로써 열연판에 석출되는 탄화물의 크기를 미세화하여 소둔공정에서 쉽게 분해될 수 있도록 한다. 탄화물이 미세한 경우에는 소둔공정에서 탄화물이 쉽게 용해되고 이때 발생하는 탄소가 오스테나이트에 농화되므로 페라이트를 청정화할 수 있다.

그러나, 열연권취온도가 700℃를 초과하면 강중에 조대한 퍼얼라이트가 형성되어 소둔시에 탄화물의 분해가 어렵기 때문에 오스테나이트로의 탄소농화가 어려워진다. 그 결과, 상온에서 존재하는 잔류 오스테나이트의 양이 적고 페라이트의 청정화가 이루어지지 않아 연신율과 가공경화지수가 낮아지므로 냉연강판에서의 가공성이 크게 열화된다. 따라서, 권취온도의 상한값을 700℃로 제한하였다.

한편, 권취온도가 450℃ 미만으로 되면 마무리 압연후 급냉을 실시하기 때문에 열연판의 형상이 불량하여 열간압연후 권취가 어렵게 된다. 따라서, 권취온도의 하한을 450℃로 제한하였다.

비록 냉간압연에서의 압하율이 재질에 미치는 영향은 크지 않지만 압하율이 충분하지 않으면 가공성이 낮기 때문에 압하율의 하한을 40%로 하였다. 압하율이 증가하면 결정립이 미세해지고 가공성은 증가하지만, 고강도강의 경우 압하율이 80%를 초과하면 냉간압연시 압연기에 부하가 크게 걸리므로 압하율의 상한을 80%로 설정하였다.

냉간압연이 끝나면 소둔을 실시하는데, 이때 750∼900℃의 소둔온도범위에서 연속소둔을 실시한다. 연속소둔을 2상영역에서 실시하는 경우에 페라이트내의 고용탄소를 오스테나이트로 방출하여 오스테나이트의 탄소 및 망간의 양을 증가시킴으로써 급냉후 존재하는 오스테나이트의 양을 증가시킨다. 따라서, 소둔온도의 하한과 상한온도를 각각 750℃, 900℃로 제한하였다.

한편, 상술된 소둔온도에서 균열화 처리를 실시함으로써 페라이트를 청정화시키고 오스테나이트에 탄소와 망간을 농화시킨다. 이때 오스테나이트의 탄소양을 더욱 농화시키기 위해서는 2상영역에서 균열가열 후 서냉공정이 필요하다. 균열가열시 형성된 일부 오스테나이트가 서냉공정시 초석 페라이트로 변태하면서 오스테나이트의 탄소의 양을 더욱 증가시키기 때문이다.

이때, 서냉공정은 600℃이상의 온도에서 실시하여야 하며, 이는 서냉종점온도가 600℃ 미만으로 되면 다량의 오스테나이트가 페라이트로 변태하지만 일부에서는 퍼얼라이트 변태가 일어나서 급냉후 잔류되는 오스테나이트의 양이 감소되고 그 결과 강도가 감소하고 연신율이 감소하게 된다. 따라서, 서냉종점온도의 하한을 600℃로 설정하였다.

그리고, 서냉영역에서의 냉각속도는 오스테나이트가 퍼얼라이트로 변태하지않을 정도로 가능한 낮게 유지하여 페라이트내의 탄소를 오스테나이트로 방출시켜야 한다. 즉, 냉각속도가 너무 빠르면 오스테나이트가 페라이트로 충분히 변태되지 않기 때문에 페라이트의 청정화가 어렵게 되고 또한 오스테나이트의 탄소 농화가 충분히 이루어지지 않게 된다. 따라서, 냉각속도의 상한을 7℃/sec로 제한하였다.

한편, 급냉영역의 냉각속도는 통상의 급냉속도로 실시하되 10℃/sec 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 이것은 서냉후 잔류한 오스테나이트를 과시효 공정까지 그대로 잔류시키기 위해서이다. 그리고, 급냉종점온도가 강의 마르텐사이트 변태온도 미만으로 되면 대부분의 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하여 연신율이 크게 감소하는 단점이 있기 때문이다. 따라서, 급냉종점온도는 마르텐사이트변태 시작온도(Ms) 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 발명강의 제조에 있어서 과시효는 연신율을 향상시키는 데 중요한 역할을 수행한다. 과시효 공정에서는 급냉후 잔류된 오스테나이트의 일부가 베이나이트로 변태하면서 탄소가 오스테나이트에 더욱 농화된다. 따라서, 강의 통상 베이나이트 변태온도 구간인 350∼500℃사이에서 과시효 공정이 실시되어야 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

하기 표 1은 본 발명강과 비교강의 화학성분을 나타낸다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 강의 강괴는 1250℃ 분위기의 가열로에서 한시간 유지된후 열간압연을 실시하였다. 이때, 열간압연 마무리 온도는 900℃, 권취온도는 550℃로 하였다. 그리고, 48%의 냉간압하율로 냉간압연을 실시한 후 800℃와 830℃의 소둔온도에서 60초 동안 연속소둔을 실시하였다. 연속소둔시 급냉대의 냉각속도는 30℃/sec로 하였다. 연속소둔이 끝단 시편은 만능인장시험기를 이용하여 인장시험을 실시하였다.

하기의 표 2는 본 발명강과 비교강의 소둔온도에 따른 기계적성질의 변화를 나타낸 것이다.

[표 2]

표 2에서, 발명강인 강번 1-4는 인장강도 6Okgf/㎟ 이상, 연신율 35% 이상, 가공경화지수 0.24 이상, 항복강도 x 인장강도 2000 이상을 나타내어 고강도강이면서도 가공성이 우수한 특성을 보여주고 있다. 즉, 발명강은 인장강도가 높은데 비하여 균일연신율이 높고 가공경화지수가 높기 때문에 신장가공이 매우 우수하다.

비교강인 강번 5는 실리콘의 첨가량이 충분하지 않은 강종으로서 소둔공정에서 페라이트상의 청정화가 일어나기 어렵고, 상온에서 잔류오스테나이트의 생성이 어렵게 때문에 연신율이 높지 않고 가공경화지수가 낮기 때문에 가공성이 좋지 않다.

강번 6은 망간의 양이 충분하지 않은 강종으로서 소둔공정에서 균열처리 후 급냉시에 쉽게 퍼얼라이트 변태가 일어나 상온에서 잔류하는 오스테나이트의 양이 크게 감소하게 된다. 그 결과, 연신율이 낮아서 가공성이 높지 않게 된다.

또한, 강번 5 또는 6에 나타난 바와 같이 실리콘 또는 망간의 양이 충분하지 않은 경우에 이들의 고용강화 효과에 의한 6Okgf/㎟ 이상의 인장강도 확보가 불가능하게 된다.

강번 7은 실리콘이 충분히 첨가되었지만 인과 질소가 충분히 첨가되지 않은 강종으로서 Si+10(P+N)의 양이 높지 않게 나타난다. 상술된 바와 같이 실리콘은 열연강판의 연속산세공정에서 실시하는 플래시버트 용접성을 악화시킬 수 있으므로 다량으로 첨가되지 못한다. 따라서, 실리콘 대신 비슷한 효과를 갖는 인(P)과 질소를 첨가하여 같은 효과를 나타낼 수 있으나 질소와 인의 첨가량이 충분하지 않기 때문에 가공성이 높게 된다. 즉, 강번 7은 인(P)이 충분히 첨가되지 않았기 때문에 인장강도가 낮고 연신율이 높지 않다.

강번 8은 탄소와 티타늄의 석출물에 의한 강화가 일어나는 석출경화형 고장력강이다. 이러한 석출경화형 고장력강은 인장강도가 높은 반면에 연신율이 낮고 또한 가공경화지수가 낮기 때문에 고가공용으로 적용하기가 어렵다.

하기 표 3는 발명강과 비교강의 서냉종점온도에 따른 기계적성질의 변화를 나타낸다.

[표 3]

* 열연조건: 슬라브재 가열온도 1250℃, 열간압연 마무리온도 900℃, 권취온도 550℃.

* 냉연조건: 냉간압하율 48%.

* 소둔조건: 소둔온도 800℃, 소둔시간 60초, 급냉속도 30℃/sec.

강번 1과 강번 2에서 서냉대가 존재하지 않으면 연신율이 급격히 떨어지는 현상이 나타난다. 이것은 서냉대가 존재하지 않음으로써 페라이트상의 청정화가 일어나기 어렵기 때문이다. 그리고, 서냉종점온도가 590℃ 이하로 떨어지면 역시 연신율이 떨어진다. 이것은 서냉대가 저온까지 연장됨으로써 퍼얼라이트 변태가 일어나서 잔류오스테나이트에 의한 연신율 상승효과가 사라지기 때문이다.

하기 표 4는 발명강과 비교강의 서냉대 냉각속도에 따른 기계적성질의 변화를 나타낸 것이다.

[표 4]

열연조건은 슬라브재 가열온도 l250℃, 열간압연 마무리온도 900℃, 권취온도 550℃로 이루어지고, 냉연조건은 냉간압하율 48%이고, 소둔조건은 소둔온도 800℃, 소둔시간 6O초, 서냉종점온도 680℃, 급냉속도 30℃/sec로 이루어짐.

표 4에서, 서냉대의 냉각속도가 느릴수록 가공성이 증가하는 경향이 있고 서냉대가 존재하지 않은 경우에 가공성이 크게 나빠짐을 알 수 있다. 그리고, 서냉대의 냉각속도가 15℃/sec인 경우에도 가공성이 나빠짐을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 저탄소 알루미늄 킬드강에 망간(Mn), 실리콘(Si), 인(P), 질소(N) 등의 첨가량 및 첨가비를 적절하게 조절함으로써 높은 인장강도에 불구하고 균일 연신율 및 높은 가공경화지수를 갖고 항복비가 비교적 낮아 프레스 가공시 형상동결성이 우수하므로 자동차의 멤버, 프레임과 같은 높은 가공성이 필요한 부품의 소지강판으로 사용할 수 있다. 또한, 가공경화지수가 높으므로 고속변형 하에서도 충격에너지 흡수성이 높아 자동차의 프론트 사이드멤버, 필라등 고가공성 및고강도, 내충격성을 요구하는 부품에 적용할 수 있다. 그리고 통상의 연속소둔 라인의 소둔 열사이클을 이용하여 2상역 소둔, 서냉공정, 급냉 및 과시효 공정에서 페라이트 내의 탄소, 질소 및 망간 등을 제2상인 오스테나이트상에 농축하여 상온에서도 오스테나이트상을 잔류시킴으로써 가공성이 우수하고 충격흡수성이 우수한 고강도 냉연강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 자동차 구조용 고강도 냉연강판의 제조방법에 있어서,

   중량비로 탄소 0.05%∼0.15%, 질소 0.005∼0.02%, 황 0.02% 이하, 망간 1.0∼2.0%, 실리콘 0.5∼1.5%, 알루미늄 0.03∼0.06%, 인 0.03∼0.12%를 첨가하되, Si+1O(P+N)를 1.4% 이상으로 조절하고, 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소를 포함한 알루미늄 킬드강을 준비하는 단계와,

   상기 알루미늄 킬드강을 1050∼1300℃정도에서 균질화 처리하는 단계와,

   마무리 열간압연온도를 850∼950℃로 하여 열간압연을 실시하는 단계와,

   450∼700℃의 온도범위에서 권취하는 단계와,

   40∼80%의 냉간압하율로 냉간압연을 실시하는 단계와,

   750∼900℃에서 연속소둔을 실시하는 단계로 이루어지고,

   상기 연속소둔의 서냉영역에서 냉각속도는 7℃/sec 이하로 유지하고 급냉영역의 냉각속도는 10℃/sec 이상으로 유지하며, 상기 연속소둔의 급냉시작온도는 600℃ 이상으로 유지하고 급냉종점온도는 강의 마르텐사이트변태 시작온도(Ms) 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 신장 가공성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연속소둔의 급냉 이후에 350∼500℃에서 과시효를 실시하는 단계를 더포함하는 것을 특징으로 하는 신장 가공성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.