KR100627479B1 - 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 박강판의 제조방법 - Google Patents

내2차가공취성이 우수한 초심가공용 박강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

주로 자동차 내.외판용으로 사용되는 초심가공용 고강도 박강판의 제조방법이 제공된다.
본 발명은 중량 %로 C: 0.010%이하, Si: 0.02%이하, Mn: 1.5%이하, P: 0.03∼0.15%, S: 0.015%이하, Sol.Al: 0.05∼0.30%, Ti: 0.005∼0.040%, Nb: 0.002∼0.030%, Sb: 0.005∼0.06%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그리고 상기 성분들이 일정한 관계식을 만족하는 강 슬라브를 재가열한 후, 오오스테나이트 단상역인 900℃이상에서 열간마무리압연을 완료하여 권취한 다음, 열연강판을 70%이상의 냉간압하율로 냉간압연한 후, 780℃∼860℃의 온도구간에서 연속소둔하여 r값 2.0이상인 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 우수한 성형성 및 양호한 내2차가공취성을 갖는 초심가공용 고강도 박강판을 상업적으로 그리고 보다 경제적으로 제조할 수 있다.
내2차가공취성, 성형성, 초심가공, 고강도, 박강판

Description

내2차가공취성이 우수한 초심가공용 박강판의 제조방법{Method for Manufacturing Deep Drawing Steel Sheet with Superior Ductile-Brittle Transition Temperature}
본 발명은 주로 자동차 내.외판용으로 사용되는 초심가공용 고강도 박강판의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세히는 내2차가공취성 특성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래 일본 고로사들을 중심으로 개발된 공지의 심가공용 고강도강 제조에 대한 내용을 간략히 설명하면 다음과 같다.
즉, 종래의 심가공용 고강도 박강판 제조기술로는 일본 공개특허번호 92-280943, 93-70836, 93-263184, 98-96051등을 들수 있는데, 이들 기술들은 성형성의 중요한 척도인 드로잉성, 즉 r값(Lankford value)이 1.5~1.8정도인 박강판을 제조하는 것이다.
그러나, 상기한 기술들은 기존의 DDQ(Deep Drawing Quality)급등의 연질 박강판이 사용되던 부품을 고강도강으로 대체하기에는 대단히 미흡한 수준이라는 문제점이 있다.
또한, r값이 2.0이상인 박강판을 제조하는 기술이 일본 공개특허번호 92-247824, 93-230541, 92-304318, 94-220546, 95-90386, 및 97-118955등에 제시되어 있다.
그러나, 상기 일본 공개특허번호 92-247824의 경우에는 너무 높은 함량의 Ti이 첨가되고, 93-230541 및 92-304318의 경우에는 소둔온도를 880부터 950℃까지 극히 높게하여 실시하고, 그리고 상기 일본 공개특허번호 94-220546, 95-90386, 및 97-118955의 경우에는 페라이트역 열간 윤활압연을 실시하거나 열연판을 다시 한번 소둔후에 냉간압연함으로써 현재의 일반적인 열연-냉연-연속소둔의 설비에서는 구현할 수 없어 실제로 상업적인 생산은 이루어지고 있지 않고 있는 실정이다.
한편, 초심가공용 고강도 박강판의 다른 예로는 P첨가 극저탄소 IF강을 들수 있다.
상기 P첨가 극저탄소 IF강의 경우에는 프레스 가공성은 좋아지지만 결정립계의 결합강도가 떨어지고, 또한 P등의 첨가원소가 입계에 편석하여 결정입계를 취화시켜 내2차가공취성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 P첨가 극저탄소 IF강의 상기한 문제점을 해결하기 위하여 강중에 입계강화원소인 보론(B)을 소량 첨가하거나 강중에 미소량의 침입형 고용원소를 잔류시킴으로써, 2차가공취성을 개선시키는 기술들이 한국 공개특허번호 2000-76062, 일본 공개특허번호 86-15948, 92-280943, 92-371527, 93-263184, 93-247540, 93-214487, 94-256899, 97-118955 및 98-96051등에 제시되어 있다.
그러나, 보론을 첨가하는 경우(한국 공개특허번호 2000-76062, 일본 공개특허번호 86-15948, 92-280943 및 93-263184등)에는 내2차가공취성은 다소 개선되기는 하지만, 적정 첨가량으로 알려져 있는 3∼10ppm에 비해 적게 첨가되면 효과가 거의 나 타나지 않고, 또한 이 보다 많이 첨가되는 경우에는 성형성 및 도금특성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
즉, 상기 기술들에서는 보론의 첨가량을 3-10ppm정도로 정확하게 제어해야 한다는 전제조건이 따르는데, 실제 공업적으로 보론 첨가를 정확히 제어한다는 것은 매우 어려운 것이다.
한편, 강중에 미소량의 침입형 고용원소를 잔류시킴으로써, 2차가공취성을 개선하는 경우(일본 공특허번호 92-371527, 93-214487, 94-256899등)에도 침입형 고용원소의 잔류량을 정확히 제어하기 매우 어려운 문제점이 있다.
예컨데, 강중에 잔류하는 침입형 고용원소량이 너무 많으면 급격한 가공성 하락과 시효현상이 발생하게 되며, 또한 그 양이 너무 적으면, 입계강화 효과가 잘 구현되지 않는 문제가 있는 것이다.
본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 첨가량의 제어가 비교적 용이한 합금성분을 이용함으로써 우수한 성형성 및 양호한 내2차가공취성을 갖는 초심가공용 고강도 박강판을 상업적으로 그리고 보다 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 중량 %로 C: 0.010%이하, Si: 0.02%이하, Mn: 1.5%이하, P: 0.03-0.15%, S: 0.015%이하, Sol.Al: 0.05~0.30%, Ti: 0.005-0.040%, Nb: 0.002-0.030%, Sb: 0.005~0.06%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그리고
상기 성분들은 하기 관계식(1), 관계식(2) 및 관계식(3)을 만족하는 강 슬라브를
[관계식 1]
29.1 + 87P(%) + 3.7Mn + 139Nb(%) + 2.7Sb(%) ≥ 35
[관계식 2]
0.8 ≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤3.0
[관계식 3]
0.5≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0
재가열한 후, 오오스테나이트 단상역인 900℃이상에서 열간마무리압연을 완료하여 권취한 다음, 열연강판을 70%이상의 냉간압하율로 냉간압연한 후, 780℃~860℃의 온도구간에서 연속소둔하여 r값 2.0이상인 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
강중 C는 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 함량은 0.010%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
강중 Si은 표면 스케일결함을 유발할 뿐 만 아니라, 소둔시 템퍼칼라 및 도금시 미도금을 발생시키므로 그 함량은 0.02%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
강중 Mn은 강도확보를 위해 치환형 고용강화 원소로서 첨가되지만, 그 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는 연신율과 함께 r값이 급격히 저하하기 때문에, 그 함량은 1.5%이하로 한정하는 것이 바람직하다.
강중 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 가져오는 성분으로서, 이러한 첨가효과를 얻기 위해서는 0.03%이상 첨가되어야 하지만, 그 함량이 0.15%이상을 초과하는 경우에는 연신율의 급격한 하락과 함께 강의 취성이 크게 증가하기 때문에 그 함량은 0.03∼0.15%로 한정하는 것이 바람직하다.
통상, 초심가공용 강을 제조하는 경우, 강중 S량은 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 S 함량은 압연시의 에지크랙의 발생 위험이 있는 영역을 피하여 0.020%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
강중의 Sol.Al은 강중 용존 산소량을 충분히 낮은 상태로 유지하면서 경제적인 측면을 고려하여 냉연제품의 경우, 그 함유량을 0.02∼0.07%정도로 관리하여 생산하는 것이 일반적이다.
하지만, 본 발명강에서는 강중의 Sol.Al은 비교적 낮은 소둔온도에서도 초심가공성을 안정적으로 확보할 수 있게 해주는 역활을 한다.
즉, 본 발명강에 있어서 강중 Sol.Al이 0.05%이상인 경우는 강중 Ti, Nb계 석출물 을 조대화시키는 작용과 함께 강중 P의 재결정억제 작용을 방해하는 효과를 뚜렷하게 나타내고, 재결정을 촉진시킬 뿐 만 아니라 {111}계열의 집합조직을 발달시키는 역할을 나타내지만, 그 함량이 0.30%이상인 경우에는 비용 상승 및 연주조업성을 해치기 때문에 그 함량은 0.05%∼0.30%로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명강에 있어서 강중 Sb은 P입계취성을 방지하는 원소, 즉 2차가공취성을 방지하는 원소로서 첨가되며, 그 함량이 0.005%이상인 경우는 소위 자리경합관계(site competition)에 의해 P편석을 저감시키는 효과를 나타내지만, 그 함량이 0.06%를 초과하는 경우에는 가공성 하락을 유발시킬 뿐 만 아니라 합금첨가 비용도 상승하기 때문에 그 함량은 0.005~0.06%로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명강의 가공성 확보 측면에서 매우 중요한 원소들인 Ti 및 Nb의 경우, 가공성(특히 r값) 상승효과를 내기위한 최소. 최적량 및 경제적인 측면을 고려하여 Ti은 0.005-0.040%의 범위로, Nb는 0.002-0.020%의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명강은 상기의 성분범위를 가지면서, 각 성분들은 하기 관계식(1)을 만족하여야 한다.
[관계식 1]
29.1 + 87P(%) + 3.7Mn + 139Nb(%) + 2.7Sb(%) ≥ 35
상기 관계식(1)은 본 발명강의 인장강도 회귀식으로, 각 성분이 인장강도에 미치는 영향도를 계수화하여 나타낸 경험식으로서, 상기식을 만족하여야 만이 본 발명강에 서 목표로 하고 있는 35kg/mm2이상의 인장강도를 확보할 수 있음을 의미하는 것이다.
한편, 본 발명의 구성에 있어서, 탄질화물 형성원소인 Ti 및 Nb함량의 첨가량에 대해서 규정한 하기 관계식(2) 및 (3)은 초심가공성 확보측면에서 규정된 것으로서, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
[관계식 2]
0.8 ≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤3.0
[관계식 3]
0.5≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0
강중 Ti량에서 고용 N과 원자당량적으로 결합하고 남은 량의 65%[=(1/0.65)(Ti-3.43N)]와 강중 고용탄소와의 원자당량비가 0.8미만이면 고용탄소의 고정이 불안정하여 r값이 저하하게 되며, 또한 3.0이상인 경우는 잉여 Ti함량이 너무 많아 강중에 FeTiP석출물이 다량 형성되어 r값이 저하하는 요인이 되기 때문에 초심가공성을 얻기 위한 Ti첨가량은 상기 관계식(2)로 최적화하는 것이 필요하다.
상기 내용중 고용 N과 원자당량적으로 결합하고 남은 Ti량의 65%가 고용탄소와 결합한다는 수치는, 본 발명강에 있어서 탄소 석출물은 대부분 (Ti.Nb)C로 석출하며, 이 경우 고용탄소를 고정하는데 참여하는 Ti 및 Nb함량의 비를 실험실적으로 구해본 결과 65%:35%로 확인되었기 때문에 설정된 값이다.
한편, 강중 Nb량의 35%와 고용탄소량과의 비가 0.5미만인 경우는 불완전 스케빈징 (scavenging)이 발생할 위험이 증대하며, 그 값이 2.0이상인 경우는 강중 고용Nb량의 증가에 의해 가공성의 저하가 발생하므로 초심가공성을 얻기 위한 Nb첨가량은 상기 관계식(3)으로 최적화하는 것이 필요하다.
다음에, 상기와 같이 조성된 슬라브를 재가열한 후, 오오스테나이트 단상역인 900℃이상에서 열간마무리압연을 완료한 후, 권취하여 열연강판을 제조한다.
상기와 같이 제조된 열연강판을 70%이상의 냉간압하율로 냉간압연한 다음, 780℃∼860℃의 온도구간에서 연속소둔한다.
상기 냉간 압하율이 70%이하이거나 상기 소둔온도가 780℃이하인 경우에는 2.0이상의 고 r값을 얻기가 어렵고, 또한 상기 소둔온도가 860℃이상으로 높은 경우에는 고온소둔으로 인하여 조업상 스트립의 통판성등에 문제가 발생할 위험성이 매우 높기 때문에 상기 냉간압하율은 70%이상으로 제한하는 것이 바람직하고, 그리고 상기 소둔온도는 780℃∼860℃로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 연속소둔온도는 통상의 초심가공용 고강도 강의 제조법에서의 연속소둔온도인 880~930℃에 비하여 매우 낮기 때문에 본 발명은 통상의 방법들에 비해 보다 경제적이고 보다 우수한 조업성을 갖는다.
한편, 본 발명은 연속도금제품으로의 생산시에도 적용됨은 물론이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 성분조성을 갖는 강 슬라브와 종래의 심가공용 고강도강의 성분계를 갖는 강 슬라브를 소재로 하여 910℃의 마무리압연온 도로 열간압연을 실시하여 열연강판을 제조한 다음, 이 열연강판을 75%의 냉간압하율로 냉간압연을 실시한 다음, 하기 표 2의 소둔온도로 40초간 유지하는 연속소둔을 실시하여 소둔판을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 소둔판에 대하여 인장강도, r값 및 내2차가공취성(연성-취성 천이온도)을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 내2차가공취성은 성형한 컵을 옆으로 거취시켜 놓고 추를 낙하시켜 연성-취성천이온도(DBTT, Ductile-Brittle Transition Temperature)를 측정하는 방식으로 평가한 것이다.
구분 화학성분(wt%) 관계식
C Mn P Si N Ti Nb Sb S.Al B(ppm) (1) (2) (3)
발명강1 0.0024 0.81 0.034 0.01 0.0025 0.024 0.007 0.03 0.13 - 36.1 2.5 1.1
발명강2 0.0032 0.68 0.041 0.01 0.0023 0.017 0.01 0.04 0.08 - 36.7 1.1 1.2
발명강3 0.0025 0.72 0.038 0.01 0.002 0.021 0.013 0.03 0.18 - 37.0 2.2 1.9
발명강4 0.0027 0.82 0.043 0.01 0.0026 0.018 0.005 0.04 0.17 - 36.7 1.3 0.7
종래강1 0.0038 0.83 0.045 0.01 0.0028 0.045 - - 0.041 4 - - -
종래강2 0.0033 0.92 0.039 0.01 0.0022 0.048 - - 0.037 7 - - -
상기 표 1에서,
관계식 (1): 29.1 + 87P(%) + 3.7Mn + 139Nb(%) + 2.7Sb(%) ≥ 35
관계식 (2): 0.8 ≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤3.0,
관계식 (3): 0.5≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0
를 나타냄.
구분 연속소둔온도(℃) 인장강도(kg/mm2) r 값 연성-취성천이온도(℃)
발명강 1 810 36.5 2.27 -45
2 830 37.1 2.31 -40
3 795 36.8 2.18 -45
4 820 35.9 2.21 -40
종래강 1 830 36.5 1.79 -40
2 830 36.9 1.82 -40
상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 소둔판(발명강 1-4)의 경우에는 종래강(1) 및 (2)에 비하여 성형성이 우수하면서도 내2차가공취성의 척도인 연성취성천이온도는 거의 유사한 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 우수한 성형성 및 양호한 내2차가공취성을 갖는 초심가공용 고강도 박강판을 상업적으로 그리고 보다 경제적으로 제조할 수 있다.

Claims (1)

  1. 중량%로, C: 0.010%이하, Si: 0.02%이하, Mn: 1.5%이하, P: 0.03∼0.15%, S: 0.015%이하, Sol.Al: 0.05∼0.30%, Ti: 0.005∼0.040%, Nb: 0.002∼0.030%, Sb: 0.005∼0.06%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그리고
    상기 성분들은 하기 관계식(1), 관계식(2) 및 관계식(3)을 만족하는 강 슬라브를
    [관계식 1]
    29.1 + 87P(%) + 3.7Mn + 139Nb(%) + 2.7Sb(%) ≥ 35
    [관계식 2]
    0.8 ≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤3.0
    [관계식 3]
    0.5≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤2.0
    재가열한 후, 오오스테나이트 단상역인 900℃이상에서 열간마무리압연을 완료하여 권취한 다음, 열연강판을 70%이상의 냉간압하율로 냉간압연한 후, 780℃∼860℃의 온도구간에서 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 r값 2.0이상인 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판의 제조방법
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