KR100530071B1

KR100530071B1 - 연성이 우수한 잔류 오스테나이트 함유 냉연강판 제조방법

Info

Publication number: KR100530071B1
Application number: KR10-2001-0082105A
Authority: KR
Inventors: 진광근
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2005-11-22
Also published as: KR20030052199A

Abstract

본 발명은 자동차 판넬 및 구조용 부품에 사용되는 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 인장강도 50-80kg/ mm²급 고강도 냉연강판에서 화학성분을 적정화하고 소둔후 냉각을 제어함으로써 기존의 방법에 비하여 연성이 우수한 잔류 오스테나이트 함유 냉연강판 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C:0.05-0.20%, Si: 0.7-1.5%, Mn:1.5-1.8%, S:0.005%이하, N:0.003-0.007%이하, Mo: 0.01-0.1%, B:0.0005-0.002%, P:0.01-0.1%, Al:0.02-0.5%, Cr:0.02-0.10%, Ni:0.1-0.5%, 상기 Si, P, Al, Cr, Ni이 다음의 조건, Si%+9.5P%+0.45Al%+0.3Cr%+0.6Ni% ≥1.0 을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 마무리압연온도 A3변태점 이상의 조건으로 열간압연하고, 630-680℃의 온도에서 권취한 다음, 30-80%의 압하율로 냉간압연한 후, 780-810℃에서 5-180초동안 유지한 다음 620-680℃까지 5℃/초 이하로 1차 냉각하고 다시 350-450℃까지 2차 냉각하여 1-20분동안 항온유지후 상온으로 냉각하는 소둔에서 상기 1차냉각속도와 2차냉각속도의 평균냉각속도(CRtot)가 다음의 조건, CRmax[3.0- (Mn+0.3Si%+2.7P%)] ≥log(CRtot,℃/초) ≥ CRmin[2.5-(Mn+ 0.3Si%+ 2.7P%)] 를 만족하는 것을 포함하여 이루어지는 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술요지로 한다.

Description

연성이 우수한 잔류 오스테나이트 함유 냉연강판 제조방법{Manufacturing method of retained austenite contained cold rolled steel sheets with good ductility}

본 발명은 자동차 판넬 및 구조용 부품에 사용되는 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장강도 50-80kg/ mm²급 고강도 냉연강판에서 화학성분을 적정화하고 소둔후 냉각을 제어함으로써 기존의 방법에 비하여 연성이 우수한 잔류 오스테나이트 함유 냉연강판 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 연비 향상과 배가스 방출량 감소를 위하여 차체 경량화가 추진되고 있으며 또한 승객의 안전도를 높이기 위하여 판넬 또는 구조부재에 사용되는 강판의 강도 증가가 요구되고 있다. 통상 강판의 강도가 증가하면 가공성이 저하하기 때문에 종래의 고강도 강판은 판넬이나 구조부재에 요구되는 가공성을 만족하지 못하였다.

한편 고강도 강판의 연성을 높이기 위하여 잔류 오스테나이트의 변태 유기소성을 활용한 강종이 제안되었다. 일본 특개소 61-157625호 공보에는 0.4-1.8%Si와 0.2-2.5%Mn외에 필요하면 P,Ni,Cu,Cr,Ti,Nb,V 및 Mo를 1종 또는 2종이상 함유한 강판을 소둔후 냉각도중 500-350℃에서 30초-30분간 유지하는 것으로 잔류 오스테나이트 함유 강판을 제조하는 방법을 제시하였다. 또한, 일본 특공소 62-35461호에는 0.7-2.0%Si과 0.5-2.0%Mn을 함유한 강판을 소둔후 냉각과정에서 650-450℃사이에서 10-50초간 유지하여 마르텐사이트 혹은 베이나이트 중에 10%이상의 페라이트와 잔류 오스테나이트를 가지는 강판을 제시하였다. 그러나 이 방법들은 소둔후 냉각과정에서의베이나이트 변태를 고려하지 않았다.

또한, 일본 특개평 1-230715호 공보 및 특개평 2-217425호 공보등에는 0.2%C이하의 저탄소강에 Si,Mn을 적당량 첨가하여 2상역 소둔후 마르텐사이트 변태온도 직상에서 세멘타이트 무석출 베이나이트 변태를 일으키게 하면 잔류 오스테나이트를 다량 함유한 강판을 제조하는 방법이 제안되었으며 이미 실용화되어 일부 자동차에 적용되고 있다. 그러나, 일본 특개평 1-230715호 공보 및 특개평 2-217425호 공보등에서 나타낸 강판은 소둔후 냉각속도에 대해서는 베이나이트 변태를 제어할 필요를 제시하였지만 근거가 충분하지 않고, 잔류 오스테나이트를 얻기 위해서 적정량의 Si첨가와 베이나이트 온도 영역에서 엄격한 제어를 필요로 하였지만 Si, P, Al, Cr등의 다른 성분이 엄격한 제어에 미치는 영향에 대해서는 언급하지 않았다.

또한 일본 특개평 6-145788호 공보에는 용융도금설비에서 제조하기 위하여 Si함량을 저감하고 C와 Si의 양을 고려하여 Al,Mo을 첨가하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 기술에 의해 제조된 강판의 경우도 냉각속도는 퍼얼라이트 변태를 억제할 수 있을 정도 이상으로 근거를 제시하였으며 베이나이트 변태 노이즈(nose)와의 관계에 대해서는 언급하지 않았다.

한편 일본 특개평 5-271857호 공보에는 베이나이트 변태를 억제하기 위해 Si,Al의 효과를 설명하고 관계식을 제시하였으며 P를 0.1%첨가하였지만 P에 의한 잔류 오스테나이트 안정화 효과는 언급하지 않고 관계식에도 포함되지 않았다. 또한 질소를 0.01%이하로 제한하였는데 이는 질소가 Al을 강중에서 AlN으로 소모하는 것을 방지하기 위함이었다. 또한 이 방법에서는 소둔후 냉각속도를 제시하지 않았다.

본 발명에서는 상기의 문제를 해결하고 연성이 우수한 잔류 오스테나이트를 함유한 강판을 안정적으로 제조하기 위하여 베이나이트 안정화와 관련한 성분을 Si등가식으로 나타내어 일정한 범위로 제한하고 화학성분에 따라 냉각속도를 제어함으로써 350-450℃온도영역에서 신속한 세멘타이트 무석출 베이나이트 변태가 일어나게 하고 동시에 탄소가 오스테나이트로 빠르게 이동하도록 함으로써 연성이 우수한 잔류 오스테나이트를 함유한 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉연강판 제조방법은, 중량%로 C:0.05-0.20%, Si: 0.7-1.5%, Mn:1.5-1.8%, S:0.005%이하, N:0.003-0.007%이하, Mo: 0.01-0.1%, B:0.0005-0.002%, P:0.01-0.1%, Al:0.02-0.5%, Cr:0.02-0.10%, Ni:0.1-0.5%, 상기 Si, P, Al, Cr, Ni이 다음의 조건, Si%+9.5P%+0.45Al%+0.3Cr%+0.6Ni% ≥1.0 을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 마무리압연온도 A3변태점 이상의 조건으로 열간압연하고, 630-680℃의 온도에서 권취한 다음, 30-80%의 압하율로 냉간압연한 후, 780-810℃에서 5-180초동안 유지한 다음 620-680℃까지 5℃/초 이하로 1차 냉각하고 다시 350-450℃까지 2차 냉각하여 1-20분동안 항온유지후 상온으로 냉각하는 소둔에서 상기 1차냉각속도와 2차냉각속도의 평균냉각속도(CRtot)가 다음의 조건, CRmax[3.0- (Mn+0.3Si%+2.7P%)] ≥log(CRtot,℃/초) ≥ CRmin[2.5-(Mn+ 0.3Si%+ 2.7P%)] 를 만족하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 종래의 연속소둔에 의한 소성유기변태강의 제조법에 비하여 화학성분을 냉각속도와 오스템퍼링 과정에서 탄소가 최대한 오스테나이트로 농화과정과 관련하여 제한함으로써 작업성이 뛰어나고 안정된 재질을 얻을 수 있는 연성이 우수한 50-80 kg/mm2급 고강도 냉연강판을 제조하는데, 특징이 있다.

·C:0.05~0.20%

C는 소둔온도역에서 오스테나이트의 분율을 결정하고 또한 균열과정과 350-450℃에서 유지되는 동안 오스테나이트로 이동하여 오스테나이트를 안정화시킴으로써 상온에서 오스테나이트가 잔류하는 양을 증가시켜 연성을 향상시키는 역활을 하는 성분으로 0.05%미만이면 오스테나이트 분율이 작아 강도확보가 곤란하고 연성에 기여할 수 있는 3%이상의 잔류 오스테나이트가 얻어지지 않고, 0.20%초과하면 용접성을 악화시키기 때문에 제한하였다.

·Si:0.7~1.5%

Si은 고용강화에 의하여 강도를 증가시키고 350-450℃에 유지시 세멘타이트 석출을 억제하고 탄소가 오스테나이트로 농화되는 것을 조장하여 연성의 향상에 기여하지만 0.7%미만에서는 그 효과가 작고,1.5%초과이면 산세성,용접성, 도장성 및 내식성등이 저하되기 때문에 제한하였다.

·Mn:1.5~1.8%

Mn은 오스테나이트 형성원소로 소둔온도역에서 오스테나이트 양에 영향을 미치고, 고용강화 원소이고,냉각과정에서 변태를 억제하는데, 그 첨가량이 1.5%미만이면 베이나이트 억제를 위한 냉각속도가 증가하고, 1.8%초과이면 350-450℃ 유지하는 동안 베이나이트 변태가 지연되어 주어진 항온 유지시간 동안 탄소농화가 불충분하고 그 결과 다량의 잔류 오스테나이트를 얻기 어려워 연성이 저하한다.

·P:0.01~0.1%

P는 고용강화에 의하여 강도를 증가시키고 Si과 복합첨가하면 350-450℃에서 유지하는 동안 오스테나이트로 탄소농화를 촉진시키는 성분으로 0.01%미만이면 그 효과가 없고 0.1%초과이면 점용접성과 취성이 증가한다.

·S:0.005%이하

S는 슬라브에서 편석을 일으켜 균열을 유발하고 강중에서 MnS를 형성하여 강판의 균열발생의 기점을 제공하기 때문에 0.005%이하로 한정한다.

·산가용성 Al:0.02~0.5%

Al은 통상 강의 탈산을 위하여 첨가하는데 탈산작용과 B과 결합하지 않은 N과 결합하고 남은 Al은 Si와 같이 페라이트 안정화 원소로써 잔류 오스테나이트 안정화에 기여하며 0.02%미만에는 효과가 없고 0.5%초과에서는 주조시 Al 클러스터(cluster) 및 Al₂O₃등에 의하여 열간취성과 연성이 저하한다.

·Ni:0.1~0.5%

Ni은 오스테나이트 안정화 원소로써 소둔과정에서 오스테나이트의 안정성을 증가시키는데, 0.1%미만에서는 효과가 작고 0.5%초과이면 합금비용이 증가한다.

·Cr:0.02~0.10%

Cr은 슬라브 가열시 표층 탈탄을 방지하기 위하여 첨가하며, 페라이트 안정화 원소로서 Si와 같은 역할을 하는데 0.02%미만에서는 효과가 거의 없고 0.10%초과이면 Cr탄화물을 다량 형성하여 연성을 저하시키므로 0.02-0.10%로 한다.

·N:0.003~0.007%

N는 오스테나이트 안정화 원소로서 0.003%미만이면 효과가 작고, 0.007%초과이면 제조상 비용이 증가하고, AlN을 형성하여 연성을 저하시키고 또한 오스테나이트로 탄소농화 작용을 하는 Al의 영향을 감소시킨다.

·Mo:0.01~0.1%, B:0.0005~0.002%

Mo, B는 소둔후 오스테나이트의 변태를 지연시키기 위하여 첨가하는데, Mo, B의 첨가로 낮은 Mn의 함량에서도 냉각속도를 느리게 할 수 있어 용융도금성 및 연성이 개선된다. 이러한 효과를 위해서 Mo은 0.01%이상 첨가하고, B의 경우는 0.0005%이상 첨가하나, Mo가 0.1%이상이면 제조비용 증가가 과다하고, B가 0.002%이상이면 고용 B에 의하여 연성이 오히려 감소한다.

· Si%+9.5P%+0.45Al%+0.3Cr%+0.6Ni% ≥1.0

본 발명에서는 350-450℃온도 영역에서 무석출 베이나이트 변태가 일어나는 과정에서 오스테나이트의 안정성에 영향을 주는 성분에 대해서는 관계식 1과 같은 Si등가식을 만족하도록 해당 성분을 조절한다.

[관계식 1]

Sieq=Si%+9.5P%+0.45Al%+0.3Cr%+0.6Ni% ≥1.0

관계식 1에 의한 성분첨가량이 1.0이상이 되어야 다량의 안정된 잔류 오스테나이트를 얻을 수 있고 연성이 우수한 강판을 제조할 수 있다. 만약 성분 첨가량이 Si등가식으로 1.0미만이 되면 350-450℃온도 영역에서 오스테나이트가 안정화되지 못하여 상온에서 얻어지는 잔류 오스테나이트의 양이 감소하고 따라서 강판의 연성이 감소한다.

상기와 같이 조성되는 슬라브는 제강공정을 통해 용강을 얻은 다음에 조괴 또는 연속주조공정을 통해 만든다. 이 슬라브를 열간압연공정, 권취공정, 냉간압연공정, 소둔공정을 통해 목표로 하는 기계적성질을 갖는 강판을 제조하는데, 각 공정별 제조조건을 구체적으로 설명한다.

·열간압연공정

슬라브를 열간압연하는데, 이때의 열간압연조건은 미세한 열연조직을 얻기 위하여 마무리 압연 온도를 A3변태점 이상으로 한다.

· 권취공정

상기 열간압연한 열연판을 권취하는데, 이때의 권취온도는 630~680℃에서 행한다. 이러한 권취온도는 소둔을 위한 가열과정에서 역변태시 오스테나이트 핵이 생성되는 열연판의 퍼얼라이트 주변에 Mn등 오스테나이트 안정화 원소를 농화시키기 위한 것이다.

·냉간압연공정

상기 권취한 열연판을 냉간압연하는데, 이때 냉간하율은 30~80%로 하는 것이 바람직하다. 열연조직을 변형시키고 그 변형에너지는 재결정 과정의 에너지가 되므로 냉간압하율이 30%미만에서는 이러한 변형효과가 작고, 80%초과이면 냉간압연에 의한 가공이 어렵고 압연시 강판의 가장자리에 균열이 발생하는 문제점이 있다.

·소둔공정

그 다음으로 냉간압연판을 소둔하는데, 이때의 소둔은 우선 780-810℃에서 5-180초동안 유지한다. 이는 미세한 재결정 조직을 얻고 동시에 강도에 필요한 오스테나이트 양과 연성에 필요한 페라이트양을 조성하기 위한 것으로, 780℃미만에서는 열연판의 세멘타이트가 재용해가 완전히 되지 않아 오스테나이트내 탄소함량이 낮고, 810℃초과의 경우 페라이트 양이 감소하여 연성이 저하하는 문제점이 있다.

다음으로 620-680℃까지 5℃/초 이하의 속도로 1차냉각하고 다시 350-450℃온도까지 2차 냉각하는데 이때 1차 냉각과 2차 냉각의 평균냉각속도(CRtot)는 관계식 2를 만족하도록 한다.

[관계식 2]

CRmax[3.0- (Mn+0.3Si%+2.7P%)] ≥log(CRtot,℃/초) ≥ CRmin[2.5-(Mn+ 0.3Si%+ 2.7P%)]

소둔온도에서 전체 냉각속도(CR tot)가 상한속도(CR max)와 하한속도(CR min)의 범위로 나타내는 관계식 2의 조건을 벗어나는 경우 즉, 냉각속도가 너무 빠르면 350-450℃온도 유지시 세멘타이트 무석출 베이나이트 변태가 지연되어 괴상의 조대한 급냉조직이 얻어지고 연성이 저하하며, 냉각속도가 너무 느리면 퍼얼라이트 변태 또는 세멘타이트가 석출하는 베이나이트 변태가 일어나 잔류 오스테나이트가 얻어지지 않기 때문에 연성이 낮아진다.

본 발명에서 냉각과정을 1차 냉각과 2차 냉각으로 구분하여 서냉후 급냉하는 것은 강판의 통판성과 형상을 향상시키기 위함이며, 1차 냉각과정에서 오스테나이트로 탄소분배가 평형상태까지 충분히 일어나도록 하고 2차 냉각과정에서 관계식 2를 만족하기 위함이다.

또한 냉각이 끝난 강판은 350-450℃온도 영역에서 1-20분 동안 유지하는데 이때 탄소가 오스테나이트로 농화되어 안정화되며 1분미만에서는 농화가 충분하게 일어나지 않고 20분 초과에서는 베이나이트가 성장하여 오스테나이트를 잠식하게 되어 연성이 저하하기 때문에 제한하였다

본 발명에서는 소둔후 서냉대-급냉대로 이루어진 연속소둔 설비와 용융도금설비에서 효율적으로 잔류 오스테나이트 함유 강판을 제조할 수 있으며, Si, Mn 등을 최소화할 수 있는 Si등가식과 냉각속도 관계식을 제안함으로써 작업성이 뛰어나고 안정된 재질을 가진 연성이 우수한 50-80 kg/mm²급 고강도 냉연강판을 제조하는 것이다. 본 발명에 따라 제조한 냉연강판은 용융아연도금 특성이 우수하기 때문에 용융아연 도금강판용 원판으로도 사용할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표1에 발명강과 비교강을 같이 나타내었다.

표1에 표시된 화학성분을 가지는 발명강(1강-13번강)과 비교강(14강-21강)에 대하여 900℃에서 열간압연 마무리 압연을 하여 3.0mm두께로 한 다음 냉각하여 650℃에서 권취한 열연판을 1.2mm두께로 냉간압연하고 소둔하여 기계적 성질을 조사하였다. 소둔조건은 790℃에서 90초 동안 유지후 650℃까지 3℃/초로 1차냉각하고 다시 10℃/초로 2차냉각을 하여 400℃에서 10분간 유지한 다음 상온으로 냉각하였으며, 한편 발명강 2강에 대해서 소둔온도(T1), 1차냉각온도(T2),2차냉각온도(T3), 전체 냉각속도 즉, 1차냉각속도와 2차냉각속도의 평균속도(CRt) 그리고 2차냉각온도에서 유지시간(t1)을 변화하였다. 표2에 소둔조건과 이 조건에 의하여 얻어진 강판의 기계적 성질을 나타내었다.

표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 소둔조건을 만족하는 강판은 인장강도 50-80kg/mm2와 동시에 연신율 35%이상의 우수한 연성을 가지는 고강도 강판으로 본 발명의 성분 범위를 벗어난 비교강과 본 발명강이라도 본 발명범위를 벗어난 조건으로 열처리한 강판에 비하여 훨씬 높은 연성을 가지고 있다.

이러한 특징은 관계식1의 Si등가식을 이용한 본 발명강의 성분과 소둔후 1,2차 냉각조건과 관계식 2에 의한 냉각속도 제어를 통하여 안정된 오스테나이트를 최대한 형성함으로써 가능하며 따라서 본 발명강은 다량의 잔류 오스테나이트를 함유함으로써 연성이 매우 우수한 인장강도 50-80kg/mm²급 고강도 냉연강판 및 용융아연도금강판의 원판을 종래의 방법에 비하여 효율적으로 생산할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 드로잉성, 소부경화성 및 내2차가공취성이 우수한 32-40kgf/mm2급 냉연강판을 제공할 수 있으며, 이 냉연강판은 자동차 판넬 및 구조용 부품에 적용할 수 있으며 용융아연도금 특성이 우수하기 때문에 용융아연 도금강판용 원판으로도 사용할 수 있다.

Claims

중량%로 C:0.05-0.20%, Si: 0.7-1.5%, Mn:1.5-1.8%, S:0.005%이하, N:0.003-0.007%이하, Mo: 0.01-0.1%, B:0.0005-0.002%, P:0.01-0.1%, Al:0.02-0.5%, Cr:0.02-0.10%, Ni:0.1-0.5%, 상기 Si, P, Al, Cr, Ni이 다음의 조건, Si%+9.5P%+0.45Al%+0.3Cr%+0.6Ni% ≥1.0 을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 조성되는 강슬라브를 마무리압연온도 A3변태점 이상의 조건으로 열간압연하고, 630-680℃의 온도에서 권취한 다음, 30-80%의 압하율로 냉간압연한 후, 780-810℃에서 5-180초동안 유지한 다음 620-680℃까지 5℃/초 이하로 1차 냉각하고 다시 350-450℃까지 2차 냉각하여 1-20분동안 항온유지후 상온으로 냉각하는 소둔과정에서 상기 1차냉각속도와 2차냉각속도의 평균냉각속도(CRtot)가 다음의 조건, CRmax[3.0- (Mn+0.3Si%+2.7P%)] ≥log(CRtot,℃/초) ≥ CRmin[2.5-(Mn+ 0.3Si%+ 2.7P%)] 를 만족하는 것을 포함하여 이루어지는 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.