KR100507572B1

KR100507572B1 - 하이드로포밍용 ｐ첨가 고장력 열연강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100507572B1
Application number: KR10-2000-0066376A
Authority: KR
Inventors: 박성호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2005-08-17
Also published as: KR20020036269A

Abstract

본 발명은 하이드로포밍법이 적용되는 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 인장강도가 40kg/mm² 이상이면서도 연신율이 35% 이상으로 연성이 우수한 하이드로포밍용 고장력 열연강판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C:0.025~0.06%, Mn:0.15~0.45%, P:0.06~0.12%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 이루어지는 강슬라브를 Ar₃ ~ 900℃의 마무리압연온도조건으로 열간압연하고, 다음의 조건, 1087*(C+1.1P) + 385 ≤ 권취온도 ≤ 3261*(C+1.1P) + 254에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 하이드로포밍용 P첨가 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

하이드로포밍용 Ｐ첨가 고장력 열연강판의 제조방법{Method for producing high strength hot rolled steel sheet containing phosphorus for hydroforming applications}

본 발명은 하이드로포밍법이 적용되는 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장강도가 40kg/mm² 이상이면서도 연신율이35% 이상으로 연성이 우수한 하이드로포밍용 고장력 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

판재의 성형은 제품의 무게를 낮추고, 강도, 강성을 향상시키면서 원가를 최소화할 수 있는 기술에 관심이 집중되고 있다. 이러한 관심의 결과로 최근 대두된 성형기술이 하이드로포밍(Hydroforming)으로, 크게 튜브 하이드로포밍(tube hydroforming)과 판재 하이드로포밍(sheet hydroforming)으로 구분된다. 판재 하이드로포밍은 다이와 함께 가압용 공구로 펀치를 같이 사용하여 성형하는 기술이며, 튜브 하이드로포밍은 롤포밍으로 제조된 속이 빈 강관의 내부에 액체를 이용하여 압력을 가함으로써 복잡한 형상을 제조하는 기술이다.

하이드로포밍 가공기술은 60년대에 개발된 기술로 당시에는 주로 주방용품이나 위생용품에 사용되는 부품을 생산하였다. 이후 큰 발전이 없다가 1994년부터 시작된 초경량 철강차체 제조기술을 개발하면서 동 기술이 자동차의 경량화에 크게 기여할 수 있다는 가능성이 새로이 부각되면서 자동차의 서스페션계, 배기계, 서브프레임, IP빔 등의 부품제조에 활용되고 있으며, 미래 자동차의 제조에 있어 중요한 기술분야가 될 것으로 전망되고 있다.

지금까지는 금속관의 하이드로포밍 가공방법이나 이에 관련된 장치가 위주를 이루고 있다(일본 공개특허공보 평10-296347, 평11-302862, 평10-175027, 미국특허 5372026호, . 5882039 등). 소재에 관한 기술개발로는 일본 공개특허공보 평 10-176220호에 C:0.02-0.12%, Si:1.5%이하, Mn:1.0-2.5%, P:0.1%이하, S:0.01%이하로 조성되는 강을 냉간가공에 의해 관을 만들고 특정조건에서 열처리하는 기술이 제시되어 있는데, 이 기술은 냉간가공에 의해 얻어진 관의 열처리를 통해 하이드로포밍 성형후에 충분한 강도을 갖는 소재를 제공하고자 하는 것이다.

지금까지는 하이드로포밍에 적합한 소재개발에 적극적으로 대처한 기술은 그다지 많지 않으며, 기본적으로 딥드로잉과 같은 다른 냉간성형기술에 사용되는 재질을 갖는 소재를 그대로 적용하고 있는 실정이다. 그런데, 하이드로포밍은 주로 장출가공에 의하여 성형을 행하기 때문에, 소재의 연신율이 가공성을 좌우하게 되므로, 가공성을 확보하기 위해서는 인장강도 30kg/mm² 정도의 낮은 강도의 소재를 사용할 수 밖에 없다. 이에 따라, 다른 냉간성형기술에 사용되는 재질의 열연강판을 그대로 적용하는 방법으로는, 앞으로 자동차 경량화 추세에 적극적으로 대응할 수 없는 문제가 있다.

본 발명에서는 인장강도가 40kg/mm² 이상이면서도 연신율이 35% 이상으로 연성이 높은 열연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열연강판 제조방법은, 중량%로, C:0.025~0.06%, Mn:0.15~0.45%, P:0.06~0.12%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 이루어지는 강슬라브를 Ar₃ ~900℃의 마무리압연온도조건으로 열간압연하고 다음의 조건, 1087*(C+1.1P) + 385 ≤ 권취온도 ≤ 3261*(C+1.1P) + 254에서 권취하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 기본적으로 인장강도가 40kg/mm² 이상이면서 하이드로포밍법에 의해 가공이 가능한 소재를 개발하기 위하여 C-Mn-P의 기본 성분계를 조절하면서, 강의 강도와 연성에 미치는 강조성과 열간압연조건의 상관성을 분석한 결과에 입각하여 제조조건을 특정하는데, 그 특징이 있다. 이러한 본 발명을 강조성범위와 그 제조조건으로 구분하여 설명한다.

· 탄소(C)의 함량은 0.025-0.06%로 하는 것이 바람직하다.

C는 강의 소입성을 증가 시켜 강도를 상승시키는 원소로 철강소재에서 가장 중요한 원소로, 그 함량이 0.025% 미만으로 극저탄소강의 수준으로 가게 되면 압연조건이 변화하여도 얻을 수 있는 강도가 32kg/mm² 정도로 고강도화를 꾀할 수 없다. 첨가량이 많으면 강도의 측면에서는 유리하지만 용접성을 저하시키므로 하이드로포밍과 같이 용접에 의해 금속관을 제조하여야 하는 경우 크게 불리하다. 더욱이 일반적으로 C양이 0.10%가 넘어서면 응고중 mushy zone이 넓어지므로 연속주조시에 크랙의 생성율이 증가되며, 또한 용접성도 크게 저하된다. 그리고 C양의 증가에 의한 강도상승은 강도의 상승과 더불어 연성의 저하를 수반하므로, 0.06%이하로 제한한다.

· 망간(Mn)은 0.15-0.45%로 관리하는 것이 바람직하다.

Mn은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소이다. Mn의 첨가는 일반적으로 C의 첨가보다 강도 상승시 연성의 저하가 적다. 극저탄소강에 Mn양을 0.6%까지 증량하여도 목표로 하는 강도를 얻기 어려웠으며, C양이 높아도 Mn양이 0.1%로 낮으면 강도의 확보가 이루어지지 않는다. 이와 같이 강도의 측면에서는 Mn양을 0.15%이상으로 증가시키는 것이 유리하지만, Mn을 0.45% 보다 과도하게 증가시키면 비금속개재물의 양을 증가시키고 편석도를 증가시켜 용접강관의 재질을 크게 열화시킨다.

·인(P)은 0.06-0.12%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

P는 페라이트의 형성을 조장하는 원소로 강의 강도를 해치지 않고 연성을 증가시킬 수 있으며, 특히 소성이방성을 낮추지 않으면서 강도를 높일 수 있어 스탬핑 가공용으로 사용되는 경우 좋은 성능을 발휘할 수 있다. 이러한 P를 적극적으로 활용함으로서 고강도와 더불어 고연성을 확보하는데, 이를 위해 P은 0.06% 이상으로 한다. 그런데, P은 강재의 제조시 편석가능성이 큰 원소로서 중심편석은 물론 미세편석도 형성하여 두께가 두꺼운 소재로 사용되는 경우에는 재질에 좋지 않은 영향을 주므로 그 첨가량을 0.12%이하로 한다

상기와 같이 조성되는 강을 제조하기 위해서는 탈산을 하게 되는데, 탈산제로는 Si 또는 Al이 사용된다. Si을 Al과 복합 탈산제로 이용하는 경우 Si의 양은 약 0.03% 내외가 되며, Si 만에 의한 탈산의 경우 0.25% 내외가 첨가된다. 본 발명에서는 Si의 양에 대해서는 특별한 제한을 두지 않으나, 일반적인 탈산의 목적으로 첨가되는 수준으로 관리하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 강슬라브를 열간압연하고 이어 권취하여 열연강판으로 제조한다. 열연강판의 강도와 연성을 확보하기 위해서는 미세조직의 제어가 필수적이며 이를 위한 마무리압연온도 및 권취온도의 설정이 매우 중요하다.

·열간압연공정(무리압연온도: A_c3-900℃)

열간압연공정에서 압연 마무리온도가 너무 높으면 압연후의 오스테나이트의 결정립이 증대되며, 이에 따라 변태후의 페라이트의 결정립도 증가되어 인성을 저하시키고 강도에도 불리하게 작용한다. 따라서, 마무리압연온도는 900℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그러나, 압연 마무리 온도가 너무 낮으면 이상역 압연에 의한 혼립조직의 발생등의 문제가 발생되므로 압연 마무리 온도는 Ar₃ 온도 이상으로 하는 것이 바람직하다.

·권취공정(1087*(C+1.1P) + 385 ≤ 권취온도 ≤ 3261*(C+1.1P) + 254)

상기와 같이 열간압연하고 권취하는데, 이때의 권취온도는 40kg/mm² 이상의 강도와 연신율이35% 이상의 연성을 확보할 수 있는 조건을 설정하여야 한다. 권취온도가 너무 높으면 페라이트의 입경이 증가되며 페라이트내의 C고용도가 낮아져 강도가 낮아지고 연신율은 증가된다. 그러나, 권취온도가 너무 높아지면 입경의 매우 커지게 되어 강도의 저하와 더불어 연신율도 감소하는 결과가 나타난다. 반대로, 권취온도가 낮아지면 페라이트의 입경감소와 더불어 페라이트내의 C고용도도 증가되고 또한, 미세립의 형상도 acicular type으로 바뀌면서 강도가 증가된다. 이에 따라 연신율은 강도에 반비례하여 변하게 된다.

이와 같이 강의 강도와 연성은 권취온도에 따라 변하지만, 강의 강도와 연성에는 C의 함량도 영향을 미친다. 본 발명에서는 이러한 점을 감안하여 강의 성분과 권취온도가 강의 강도와 연성에 미치는 영향을 분석한 결과, C 및 P의 함량이 강도에 미치는 영향도로부터 C+1.1P라는 인자를 구해내고 이 인자를 고려하여 아래 관계식 1과 같은 권취온도식을 구할 수 있었다.

[관계식 1]

1087*(C+1.1P) + 385 ≤ 권취온도 ≤ 3261*(C+1.1P) + 254

본 발명에 따라 열간압연하고 상기 관계식 1로부터 구한 권취온도에서 열연강판을 권취하기 위해서는 열간압연직후에 열연강판을 급냉(수냉)하여 권취온도를 관리한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표1에서 보이는 바와 같이 화학성분이 다른 10가지 강종을 진공용해로에서 용해하여 잉곳트로 제작한 후, 슬라브를 만들기 위하여 두께 20mm로 사이징 압연을 행하였다. 슬라브는 길이 170mm, 폭 200mm, 두께 20mm의 직육면체로 만들었으며, 이 슬라브를 이용하여 열간압연을 행하였다. 열간압연중 가장 중요한 인자는 압연 마무리 온도 (Finishing Temperature, FT)와 권취온도 (Coiling Temperature, CT)이며, 따라서 본 실험에서도 표2에 보이는 바와 같이 압연 마무리 온도 및 권취온도를 변화하여 가면서 열간압연을 행하였다.

상기와 같이하여 제조된 열연강판의 압연온도별 인장특성을 표3에 나타내었다. 표 3에서 번호(No.)는 표 1의 강종번호와 표 2의 제조조건의 번호를 조합한 것이다. 즉, 표 3에서 2-5를 예로 하여 설명하면, 2는 표 1의 H2강종번호를 의미하며, 5는 표 2에서 H2강종에 대한 CT5와 FT5의 조건을 의미한다. 따라서, 표 3에서 2-5는 표 1의 H2강종에 대해 693℃(CT5)에서 권취하고, 압연 마무리온도를 950℃(FT5)로 할 때의 기계적특성을 나타낸 것이다.

표3에서 알 수 있듯이, 적정한 화학성분과 압연조건에 대해서만 목표로 하는 인장강도 40kg/mm² 이상, 연신율 35% 이상의 재질이 얻어진다.

발명강인 H5강의 FT3 및 FT4 조건의 경우 압연 마무리 온도가 너무 높아 인장강도 및 연신율이 목표치에 미달하는 결과를 볼 수 있으며, 이를 통해 볼 때, 압연 마무리 온도는 900℃ 이하로 제한하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 발명강 H5에서 권취온도가 600℃ 이상이 되면 강도가 목표보다 낮아지게 된다. 발명강 H10에서는 첨가원소의 함량이 높아서 시험한 모든 권취온도에서 강도는 확보가 된다. 그러나, 발명강 H10에 대해 아래와 같은 화학성분에 대한 식에 의해 권취온도를 구하면 550~748℃가 되는 바, 표 2와 표 3에서 권취온도가 550℃미만으로 낮은 10-1과 10-2에서는 연신율이 목표보다 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실험데이터로부터 구한 C 및 P의 강도에 미치는 영향도로부터 성분계 인자로서 C+1.1P을 설정할 수 있고, 따라서,

삭제

1087*(C+1.1P) + 385 ≤ CT ≤ 3261*(C+1.1P) + 254

의 범위로 권취온도를 설정할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 가공성이 우수한 하이드로포밍용 강재를 제공할 수 있어 자동차부품의 경량화에 기여할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

도 1은 시험재의 강도(TS)-연성(El) 그래프

Claims

중량%로, C:0.025~0.06%, Mn:0.15~0.45%, P:0.06~0.12%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 이루어지는 강슬라브를 Ar₃ ~ 900℃의 마무리압연온도조건으로 열간압연하고, 다음의 조건, 1087*(C+1.1P) + 385 ≤ 권취온도 ≤ 3261*(C+1.1P) + 254에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 하이드로포밍용 P첨가 고장력 열연강판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 고장력 열연강판은 40kg/mm² 이상의 인장강도와 35%이상의 연신율을 갖음을 특징으로 하는 하이드로포밍용 P첨가 고장력 열연강판의 제조방법.