KR100506391B1 - 드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주로 자동차 내.외판용으로 사용되는 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로써, 중량 %로 C:0.004%이하, Si:0.02%이하, Mn:1.2%이하, P:0.03-0.15%, S:0.015%이하, Sol.Al:0.01~0.15%, Ti:0.005-0.040%, Nb:0.002-0.020%, B:0.0001-0.0020%, 잔부:Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 상기 성분들은 {29.1 + 89.4P(%) + 3.9Mn(%) - 133.8Ti(%) + 157.5Nb(%) + 0.18B(ppm) ≥ 40}의 관계식을 만족하면서, 탄질화물 형성원소인 Ti 및 Nb함량은 각각 {1≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤2.3}와 {0.8≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0}의 관계를 만족시키도록 첨가된 강의 슬라브를 재가열 후, 오오스테나이트 단상역인 900℃이상에서 마무리압연을 완료하여 권취한 열연판을 소재로, 73%이상의 냉간압하율과 830℃~875℃의 온도구간에서 연속소둔함을 특징으로 하는 인장강도 40kg/mm2의 강도를 가지면서도 r값 2.0이상을 나타내는 드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공한다.

Description

드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법{Manufactuing method of high strength cold rolled steel sheets for good drawability extra deep drawing quality}
본 발명은 주로 자동차 내.외판용으로 사용되는 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세히는 인장강도 40kg/mm2의 강도를 가지면서 동시에 우수한 성형성을 나타내는 드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 자동차용 강판은 자동차 차체의 성형품이 디자인의 고급화 추세에 따라점점더 구조가 복잡해지고 일체화되는 경향으로 더욱 더 높은 수준의 성형성을 갖는 강판이 요구되고 있을 뿐 만 아니라, 한편으로는 자동차 연비향상 및 환경문제의 측면에서 자동차용 연질강판의 고강도화가 빠르게 진행되고 있음은 이미 잘 알려져 있는 사실이다. 하지만, 일반적으로 알려진 강판은 강도가 올라가면 가공성이 떨어지는 특성을 가지고 있기 때문에 상기와 같은 요구에 부응하는 제품을 제조하기란 매우 어려운 실정이다. 최근까지 일본 고로사들을 중심으로 개발된 심가공용 고강도 강판 제조에 대한 공지의 발명 기술은 다음과 같다.
즉, 종래의 심가공용 고강도 냉연강판 제조에 대한 특허들은 일본 특허번호 92-28094, 93-70836, 93-268314, 93-247540, 94-256899, 98-96051등에서 알 수 있는 바와 같이 성형성의 중요한 척도인 드로잉성, 즉 r값(Lankford value)이 1.5~1.8정도인 제품의 제조방법에 대한 것으로서, 기존에 DDQ(Deep Drawing Quality)급등의 연질냉연강판이 사용되던 부품을 고강도강으로 대체하기에는 대단히 미흡한 수준이었으며, 또한 r값이 2.0이상인 제품을 제조하는 방법을 제시한 일본 특허번호 93-230541, 93-339643, 94-220546, 95-90386등의 특허에 있어서는 제조법에 있어서 페라이트역 열간 윤활압연을 실시한다던가, 열연판을 다시한번 소둔후에 냉연한다던지 또는 소둔온도를 950℃까지 극히 높게하여 실시한다던지등의 현재의 일반적인 열연-냉연-연속소둔의 설비에서는 구현할 수 없는 제조법들이기 때문에 실제로 상업적인 생산을 하는데는 많은 어려운 문제점들을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같이 현 설비로는 실현하기 어려운 제조법들과는 달리 강의 합금성분을 적절히 제어함으로써, 인장강도 40kg/mm2의 강도를 가지면서 동시에 종래의 심가공용 고강도강보다 훨씬 우수한 성형성을 나타내는 드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량 %로 C:0.004%이하, Si:0.02%이하, Mn:1.2%이하, P:0.03-0.15%, S:0.015%이하, Sol.Al:0.01~0.15%, Ti:0.005-0.040%, Nb:0.002-0.020%, B:0.0001-0.0020%, N:0.002~0.0026%, 잔부:Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 상기 성분들은 {29.1 + 89.4P(%) + 3.9Mn(%) - 133.8Ti(%) + 157.5Nb(%) + 0.18B(ppm) ≥ 40}의 관계식을 만족하면서, 탄질화물 형성원소인 Ti 및 Nb함량은 각각 {1≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤2.3}와 {0.8≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0}의 관계를 만족시키도록 첨가된 강의 슬라브를 재가열 후, 900℃이상의오오스테나이트 단상역에서 마무리압연과 권취한 다음, 73%이상의 냉간압하율과 830℃~875℃의 온도구간에서 연속소둔되어 인장강도 40kg/mm2를 갖는 드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명강의 성분과 제조조건에 대하여 상세히 설명한다.
탄소는 침입형 고용원소로 작용하여 냉연 및 소둔시 강판의 집합조직 형성과정에서 가공성에 유리한 {111} 집합조직의 형성을 저해할 뿐 만 아니라, 강중 함유량이 많을 경우, 탄질화물 형성원소인 Ti,Nb첨가량을 높여야 하기 때문에, 경제적으로도 불리하므로 그 양을 0.004%이하로 한정하였다.
Si는 표면 스케일결함을 유발할 뿐 만 아니라, 소둔시 템퍼칼라 및 도금시 미도금을 발생시키므로 그 함량을 0.02%이하로 제한하였다.
Mn은 강도확보를 위해 치환형 고용강화 원소로서 첨가되지만, 그함량이 1.2%이상이 되면 연신율과 함께 r값이 급격히 저하하기 때문에 1.2%이하로 한정하였다.
P도 Mn과 함께 강도상승을 위해 첨가되는 대표적인 고용강화 원소로서, 본 발명강인 Ti-Nb계 성분계의 강종에서는 강도상승 뿐 만 아니라 결정립미세화 및 입계편석등에 의해 r값에 유리한 {111}집합조직의 발달을 가져오지만, 그 함량이 0.15%이상이 되면 연신율의 급격한 하락과 함께 강의 취성이 크게 증가하기 때문에 그 첨가량을 0.03-0.15%로 한정하였다.
S량은 통상 초심가공용 강을 제조하는 경우, 0.005%이하로 낮게 제한되는 것이 보통이나, 본 발명강의 경우는 Mn이 첨가되는 강이기 때문에 강중 S는 전부 MnS로서 석출되어 고용 S에 의한 가공성 하락은 피할 수 있기 때문에 압연시의 에지크랙의 발생 위험이 있는 영역을 피하여 그 함유량을 0.015%이하로 제한하였다.
Sol.Al은 강중 용존 산소량을 충분히 낮은 상태로 유지하면서 경제적인 측면을 고려하여 그 함유량을 0.01~0.15%로 한정하였다.
B은 P입계취성을 방지하는 원소로서 첨가되었으며, 통상 그함량이 0.0001%만 되도 상기의 효과를 나타내며, 그 함량이 0.0020%이상이 되면 급격히 가공성이 하락하기 때문에 그 함유량을 0.0001~0.002%로 한정하였다.
Ti 및 Nb은 본 발명강의 가공성 확보 측면에서 가장 중요한 원소들로서, 가공성(특히 r값) 상승효과를 내기위한 최소.최적량 및 경제적인 측면을 고려하여 Ti은 0.005-0.040%, Nb는 0.002-0.020%의 범위로 한정하였다.
본 발명강은 상기의 성분범위를 가지면서, 각 성분들은 {29.1 + 89.4P(%) + 3.9Mn(%) - 133.8Ti(%) + 157.5Nb(%) + 0.18B(ppm) ≥ 40}의 관계식을 만족하도록 구성되었는 바, 그 이유를 설명하면 다음과 같다. 즉, 상기 관계식은 본 발명강의 인장강도 회귀식으로, 각 성분이 인장강도에 미치는 영향도를 계수화하여 나타낸 경험식으로서, 상기식을 만족하여야 만이 본 발명강에서 목표로 하고 있는 40kg/mm2이상의 인장강도를 확보할 수 있음을 의미하는 것이다.
또한 본 발명의 구성에 있어서, 탄질화물 형성원소인 Ti 및 Nb함량의 첨가량에 대해서 규정한 관계식들은 본 발명강의 초심가공성을 확보하기 위한 수단으로서, 우선 Ti첨가량에 대해서 규정한 관계식인 {1≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤2.3}의 경우, 강중 Ti량에서 고용 N과 원자당량적으로 결합하고 남은 량의 65%[=(1/0.65)(Ti-3.43N)]와 강중 고용탄소와의 원자당량비가 1이하이면 고용탄소의 고정이 불안정하여 r값이 저하하게 되며, 또한 2.3이상인 경우는 잉여 Ti함량이 너무 많아 강중에 FeTiP석출물이 다량 형성되어 r값이 저하하는 요인이 되기 때문에 초심가공성을 얻기 위한 Ti첨가량은 상기와 같은 관계식으로 최적화하는 것이 바람직하다. 상기 내용중 고용 N과 원자당량적으로 결합하고 남은 Ti량의 65%가 고용탄소와 결합한다는 수치는, 본 발명강에 있어서 탄소 석출물은 대부분 (Ti.Nb)C로 석출하며, 이경우 고용탄소를 고정하는데 참여하는 Ti 및 Nb함량의 비를 실험실적으로 구해본 결과 65%:35%로 확인되었기 때문에 설정된 값이다.
또한 Nb첨가량에 대해서 규정한 관계식인 {0.8≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0}의 경우도 강중 Nb량의 35%와 고용탄소량과의 비가 0.8이하인 경우는 불완전 스캐빈징(scavenging)이 발생할 위험이 증대하며, 그 값이 2.0이상인 경우는 강중 고용Nb량의 증가에 의해 가공성의 저하가 발생하므로 초심가공성을 얻기 위한 Nb첨가량은 상기와 같은 관계식으로 최적화하는 것이 필요한 것이다.
상기에 설명한 바와 같은 합금설계 방식으로 성분이 조성된 슬라브를 재가열 후, 오오스테나이트 단상역인 900℃이상에서 마무리압연을 완료하여 권취한 열연강판을 소재로, 73%이상의 냉간압하율과 830℃~875℃의 온도구간에서 연속소둔하는 것이 바람직한데, 냉간압하율이 73%이하이거나 소둔온도가 830℃이하인 경우는 2.0이상의 고r값을 얻기가 어려우며, 또한 소둔온도가 875℃이상으로 높은 경우도 2상역의 고온소둔으로 인하여 집합조직이 나빠진다거나, 또는 조업상 스트립의 통판성등에 문제가 발생할 위험성이 매우 높기 때문에 그 설정 범위를 제한한 것이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
하기 표1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 성분조성을 갖는 슬라브와 기존의 인장강도 40kg/mm2급 심가공용 고강도강(40E 급)의 성분계를 갖는 슬라브를 소재로 하기 표2에 나타낸 바와 같은 냉간압연 및 연속소둔조건으로 소둔판을 제조한 후, 기계적성질을 측정하였으며, 그 결과를 표2에 함께 나타내었다.
구분 화 학 성 분 (중량%) 각 관계식의 계산값 비고
C Mn P N Ti Nb B(ppm) 식① 식② 식③
1 0.0027 0.880 0.110 0.0025 0.024 0.007 9 41.8 2.2 1.0 본발명강
2 0.0021 1.020 0.091 0.0023 0.016 0.010 10 42.4 1.5 1.8
3 0.0031 0.780 0.102 0.002 0.021 0.013 8 41.9 1.8 1.5
4 0.0025 1.150 0.087 0.0026 0.018 0.006 12 42.0 1.4 0.9
5 0.0038 0.830 0.095 0.0028 0.043 - 7 - - - 비교강
6 0.0033 0.950 0.105 0.0022 0.049 - 5 - - -
식① = 29.1+89.4P(%)+3.9Mn(%)-133.8Ti(%)+157.5Nb(%)+0.18B(ppm)
식② = (1/0.65)(Ti-3.43N)/4C
식③ = (1/0.35)(Nb/7.75C)
상기 표1에서 알 수 있드시 본 발명에 있어서 성분조성은 식①:40이상, 식②:1.0~2.3 및 식③:0.8~2.0 의 관계를 잘 만족하고 있음을 알 수 있다.
구분 냉간압하율(%) 연속소둔온도(℃) 인장강도(kg/mm2) 연신율(%) r값 비고
1 75.0% 840 42.1 35.9 2.21 본발명강
2 77.5% 835 41.9 36.2 2.18
3 75.0% 845 41.6 37.0 2.26
4 77.5 860 42.1 36.7 2.41
5 75.0% 830 41.2 37.2 1.82 비교강
6 73.0% 830 40.9 36.8 1.79
상기 표2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 성분으로 조성된 강을 통상적인 냉간압연 및 연속소둔조건의 조업기술을 이용해서 공지의 40E급 고강도 냉연강판인 비교강재에 비해 훨씬 더 높은 r값을 갖기 때문에 드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도강의 제조가 가능한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 의하면 본 발명강의 합금성분 만을 적절히 제어함으로써, 종래의 심가공용 고강도강보다 훨씬더 우수한 성형성을 나타내게 되어 자동차 차체의 성형품이 점점더 구조가 복잡해지고 일체화되는 데 있어 적합한 자동차용 냉연강판으로 적용할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 중량 %로 C:0.004%이하, Si:0.02%이하, Mn:1.2%이하, P:0.03-0.15%, S:0.015%이하, Sol.Al:0.01~0.15%, Ti:0.005-0.040%, Nb:0.002-0.020%, B:0.0001-0.0020%, N:0.002~0.0026%, 잔부:Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 상기 성분들은 {29.1 + 89.4P(%) + 3.9Mn(%) - 133.8Ti(%) + 157.5Nb(%) + 0.18B(ppm) ≥ 40}의 관계식을 만족하면서, 탄질화물 형성원소인 Ti 및 Nb함량은 각각 {1≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤2.3}와 {0.8≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0}의 관계를 만족시키도록 첨가된 강의 슬라브를 재가열 후, 900℃이상의오오스테나이트 단상역에서 마무리압연과 권취한 다음, 73%이상의 냉간압하율과 830℃~875℃의 온도구간에서 연속소둔되어 인장강도 40kg/mm2를 갖는 드로잉성이 우수한 초심가공용 고강도 냉연강판의 제조방법.
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JPH06306479A (ja) * 1993-04-21 1994-11-01 Nippon Steel Corp 深絞り性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき冷延鋼板の製造方法
JPH07252590A (ja) * 1994-03-15 1995-10-03 Kawasaki Steel Corp 強度−延性バランス及び焼付硬化性に優れる深絞り加工用高張力冷延鋼板並びにその製造方法
JPH08225854A (ja) * 1995-02-20 1996-09-03 Nisshin Steel Co Ltd 深絞り性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法

Patent Citations (4)

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