KR100711380B1 - 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용고강도 박강판과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

자동차, 가전제품, 건자재용 등으로 사용되고, 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판과 그 제조방법이 제공된다.

이 박강판은 중량%로, C: 0.01~0.20%, Si: 0.10%이하, Mn: 0.1~0.6%, P: 0.03%이하, S: 0.020%이하, Sol.Al: 0.01~0.20%, Mo: 0.01~0.10%, Cu: 0.01~0.20%,

N: 0.005~0.015%, 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성되며,

상기 C, Si, Mn, P, Mo, Cu, N이 다음의 조건,

29.1 + 98C(%) + 4.0Mn(%) + 9.1Si(%) + 82P(%) + 3.5Mo(%) + 2.9Cu(%) + 410N(%) ≥ 45를 만족하고,

상기 Al 및 N함량이 다음 관계,

3.1 ≤Al/N ≤6.0을 만족한다.

본 발명에 따르면, 점용접부의 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 인장강도 45kg/㎟ 이상의 가공용 고강도 박강판을 제공할 수 있다.

점용접부 피로특성, 내파우더링성, 내 2차가공취성, Cu, Mo, 박강판

Description

점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판과 그 제조방법{Drawable high strength steel sheet having superior fatigue property of spot-welding point and anti-powdering and method for manufacturing the same}

도 1은 실측인장강도와 C, Si, Mn, P, Mo, Cu, N 함유량의 의해 계산된 인장강도의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 자동차, 가전제품, 건자재용 등으로 사용되는 박강판에 관한 것이다. 보다 상세하게는 점용접부의 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 인장강도 45kg/㎟ 이상의 가공용 고강도 박강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 인장강도 45kg/㎟ 이상의 강도를 갖는 가공용 고강도 박강판은 저탄소강에 고용강화원소인 Mn과 P을 첨가하여 제조하여 왔다. 예를 들면, 일본의 NSC사(상품명 SAFC45R)는 0.16중량%P(이하%)-0.7%Mn 첨가강, KSC사(상품명 CHR45)는 0.10%P-0.8%Mn 첨가강, NKK사(상품명 NKCA45F)는 0.15%P-0.7%Mn 첨가강, Kobe사(상품명 KBCF45R)는 0.10%P-1.1%Mn 첨가강, Sumitomo사는 0.10%P-1.0%Mn 첨가강 등이 있다.

그러나, 상기 종래기술들은 강 중의 P에 의해 중간소재인 슬라브 및 최종제품에서 취성이 발생할 가능성이 있을 뿐만 아니라 점용접부 피로특성이 저하되는 문제점이 있다. 또한 도금강판으로 제조되는 경우에는 표면 농화원소인 Mn등의 영향으로 도금특성이 악화되며, 경제적으로도 Mn첨가에 의해 제조비용이 상승하는 문제가 있다.

이 문제를 해결한 종래기술로서, 한국 공개특허공보 2004-59180호가 있다. 이 기술은 P, Si, Mn의 함량을 감소시키는 대신 N의 함량을 0.015%까지 첨가함으로써 점용접부의 피로특성 및 내취성파괴 특성을 향상시킨 인장강도 45kg/㎟급 고강도 박강판의 제조방법을 제안하고 있다.

그러나, 한국 공개특허공보 2004-59180호의 실시예를 보면, 질소의 함량을 0.012%이상 고질소로 관리하여 45kg/㎟급의 고강도를 확보하고 있으나, 이러한 고질소 범위에서는 연성이 급격히 열화되는 문제점이 있다. 또한, 점용접부의 피로강도가 180~190kgf의 수준으로 더욱 개선이 필요하며, 내파우더링성의 개선도 필요하다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 인장강도 45kg/㎟ 이상의 고강도를 확보하면서 연성과 내2차가공취성 및 점용접부의 피로강도 그리고 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판과 그 제조방법을 제공하는데, 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C: 0.01~0.20%, Si: 0.10%이하, Mn: 0.1~0.6%, P: 0.03%이하, S: 0.020%이하, Sol.Al: 0.01~0.20%, Mo: 0.01~0.10%, Cu: 0.01~0.20%, N: 0.005~ 0.015%, 상기 C, Mn, Si, P, Mo, Cu, N이 다음의 조건, "29.1 + 98C(%) + 4.0Mn(%) + 9.1Si(%) + 82P(%) + 3.5Mo(%) + 2.9Cu(%) + 410N(%) ≥ 45"를 만족하고, Al 및 N함량이 "3.1 ≤Al/N ≤6.0" 관계를 만족하며, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판에 관한 것이다.

본 발명의 박강판에서 상기 N의 함량은 0.005~0.012%로 하는 것이 가장 바람직하며, 상기 Al/N은 5.1~6.0을 만족하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 본 발명의 박강판에서 상기 Si의 함량은 0.021~0.1%가 바람직하다.

본 발명은 중량%로 C: 0.01~0.20%, Si: 0.10%이하, Mn: 0.1~0.6%, P: 0.03% 이하, S: 0.020%이하, Sol.Al: 0.01~0.20%, Mo: 0.01~0.10%, Cu: 0.01~0.20%, N:0.005~ 0.015%, 상기 C, Mn, Si, P, Mo, Cu, N이 다음의 조건, "29.1 + 98C(%) + 4.0Mn(%) + 9.1Si(%) + 82P(%) + 3.5Mo(%) + 2.9Cu(%) + 410N(%) ≥ 45"를 만족하고, 상기 Al 및 N함량이 "3.1 ≤Al/N ≤6.0" 관계를 만족하며, 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성된 강의 슬라브를 1100~ 1230℃의 온도로 재가열 후, 오스테나이트 단상역인 850℃이상에서 마무리압연을 완료하고 권취한 다음 50%이상의 압하율로 냉간압연하고, 750℃이상의 온도로 연속소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 본 발명자가 제안한 한국 공개특허공보 2004-59180호(선행기술이라 함)의 특성을 개량하기 위한 것이다. 이 선행기술은 Mn과 P의 함량을 낮추는 대신 고질소의 성분계를 설계하여 인장강도 45kg/㎟ 이상의 고강도를 확보한 기술이다. 이 선행기술에서는 45kg/㎟ 이상의 고강도를 확보하기 위하여, 질소의 함량이 0.012%이상의 고질소를 요구하고 있다. 또한, Si의 경우에도 강도향상원소로서 표면품질의 열화를 고려하여 0.02%이하로 관리하고 있다.

본 발명자들은 0.005~0.015%의 고질소 성분범위에서 합금원소의 영향과 Si의 새로운 작용에 대해 주목하여 본 발명을 완성한 것으로, 이를 구체적으로 설명한다.

(1) 질소함량에 따른 강도 및 내2차가공취성 확보.

N의 함량을 0.005~0.015%의 범위인 고질소강으로 하면 고강도를 확보할 수 있다. 이러한 고질소강에 Cu와 Mo을 복합첨가하면 강을 더욱 고강도화할 수 있다. 물론, N의 함량이 0.012%로 높아지면 연성이 다소 낮아지므로, Cu와 Mo의 복합첨가에 의해 N의 함량을 0.012%이하로 하면서도 45kg/㎟ 이상의 고강도 특성을 그대로 유지할 수 있다. Cu와 Mo의 단독 첨가에 의해서도 고강도는 확보될 수 있으나, 제반 기계적 특성을 고려할 때 복합첨가가 바람직하다.

특히, Mo은 N의 함량이 0.012~0.015%로 될 때 내2차가공취성이 열화되는 문제를 해결해준다.

(2) 점용접부 피로특성 및 내파우더링성 개선

Al/N의 관계식을 3.1~6.0으로 제어함에 의하여 AlN 석출물이 기질 내에 미세하게 분산되어 점용접부 피로강도를 확보할 수 있다.

Si은 0.1%이하의 범위에서 고용강화에 의한 강도를 향상시키며, 또한 고질소강에서 Si의 함량이 0.002~0.1%의 범위에서 내파우더링성을 개선한다. Si의 함량이 높아지면 제품 표면품질이 열화된다고 알려져 있으나, Si의 함량이 0.1%이하 범위에서는 우려할 수준은 아니다.

상기한 관점에 의해 합금 설계된 본 발명의 박강판과 그 제조방법에 대해 구체적으로 설명한다.

C의 함량은 0.01~0.20%가 바람직하다.

상기 C는 침입형 고용강화원소로서 작용하여 강도향상에 기여하는 성분으로, 0.20%를 초과하면 조대한 시멘타이트 또는 펄라이트가 형성되어 피로특성을 저하시키므로, 그 함량을 0.01~0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si의 함량은 0.10%이하가 바람직하다.

상기 Si는 합금화 도금강판의 파우더링성을 개선시키는 효과가 있으나, 0.10%를 초과하여 첨가되는 경우에는 스케일결함을 유발할 뿐 아니라, 소둔시 템퍼칼라 및 도금시 미도금을 발생시킬 위험이 있으므로 그 함량을 0.10%이하로 제한하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.02~0.10%이고, 보다 바람직하게는 내파우더링성 개선 효과가 확실한 0.021~0.1%로 하는 것이다.

Mn의 함량은 0.1~0.6%가 바람직하다.

상기 Mn은 S에 의한 취성방지 및 강도확보를 위해 첨가되는 성분으로, 0.1% 미만 첨가되면 Mn 첨가에 의한 상기 효과를 얻을 수 없고, 0.6%를 초과하여 첨가되면 제조비용이 상승하고, 표면농화에 의해 미도금 등의 도금 결함을 발생시킬 위험이 있기 때문에, 그 함량을 0.1~0.6%로 제한하는 것이 바람직하다.

P의 함량은 0.03%이하가 바람직하다.

상기 P는 강도상승에 기여하는 고용강화 성분이지만, 0.03%를 초과하면 취성파괴 위험성을 증대시킬 뿐만 아니라 피로특성도 저하시키며, 또한 도금품질를 악화시키므로, 그 함량을 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S의 함량은 0.020%이하가 바람직하다.

상기 S는 0.020%를 초과하여 첨가되면 압연시 에지 크랙을 발생시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.020%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Sol.Al의 함량은 0.01~0.20%가 바람직하다.

상기 Sol.Al 은 강 중 용존 산소량을 충분히 낮은 상태로 유지하면서 경제적인 측면을 고려하여 그 함량을 0.01~0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo의 함량은 0.01~0.10%가 바람직하다.

상기 Mo은 내 2차가공취성 향상에 기여하는 성분으로, 강도를 높이기 위하여 첨가하나 함유량이 0.1%를 초과하는 경우는 그 영향도가 포화될 뿐만 아니라 경제적으로 불리하므로 그 함량을 0.01~0.10%로 제한하는 것이 바람직하다.

Cu의 함량은 0.01~0.20%가 바람직하다.

상기 Cu는 강의 강도를 증가시키는 성분이지만, 0.2% 초과하여 첨가하면 크 랙발생 위험과 함께 제조비용이 상승하는 문제가 있으므로 그 함량을 0.01~0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.

N의 함량은 0.005~0.015%가 바람직하다.

상기 N는 통상 강 중의 불순물이지만 본 발명에서는 고용강화 역할을 하는 성분으로, 0.005% 미만으로 첨가되면 강화효과가 적어지고, 0.015%를 초과하여 첨가되면 시효 등의 문제를 발생시키므로, 그 함량을 0.005~0.015%로 제한하는 것이 바람직하다. 연성확보 측면에서 N는 0.005~0.012%가 바람직하다.

상기한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

본 발명은 인장강도 45kg/㎟ 이상의 박강판으로서, 본 발명에서 목표로 하는 인장강도를 확보하기 위해서는 상기 C, Si, Mn, P, Mo, Cu 및 N의 함량이 관계식 1을 만족하여야 한다.

[관계식 1]

29.1 + 98C(%) + 4.0Mn(%) + 9.1Si(%) + 82P(%) + 3.5Mo(%) + 2.9Cu(%) + 410N(%) ≥ 45

상기 관계식 1은 본 발명에서 각 성분이 인장강도에 미치는 영향을 계수화하여 나타낸 인장강도 회귀식으로, 상기 관계식 1을 만족하여야 본 발명에서 목표로 하는 45kg/㎟ 이상의 인장강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 특성인 점용접부 피로특성을 확보하기 위해서는 상기 Al 및 N의 함량이 관계식 2를 만족하여야 한다.

[관계식 2]

3.1 ≤Al/N ≤6.0

상기 Al과 N은 서로 결합하여 AlN 석출물을 형성하는 성분으로, AlN 석출물이 기질(matrix) 내에 미세하게 분산되어 피로특성을 높여주는 역할을 한다. 상기 Al과 N의 중량비가 3.1 미만이면 석출물이 잘 형성되지 않고, 6.0을 초과하면 석출물이 조대해져 피로특성이 저하되므로, 상기 Al과 N의 중량비는 3.1~6.0으로 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5.1~6.0이 바람직하다.

상기와 같이 조성되는 슬라브를 1100~1230℃의 온도에서 재가열을 실시한다. 재가열온도가 1100℃ 미만이면 마무리압연 온도의 확보가 어렵고, 1230℃를 초과하는 경우에는 도금 특성이 저하된다. 따라서 재가열 온도를 1100~1230℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 온도범위로 재가열 후, 오스테나이트 단상역인 850℃이상에서 마무리압 연을 완료하여 권취한다.

권취한 열연판은 50%이상의 압하율로 냉간압연하고, 750℃이상의 온도로 연속소둔을 실시한다. 상기 냉간 압하율이 50% 미만이거나 소둔온도가 750℃ 미만이면 압연조직의 재결정이 완료되지 않을 위험성이 높으므로, 상기 냉간 압하율 50% 이상, 상기 소둔온도 750℃ 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표1은 본 발명의 성분조성을 갖는 슬라브와 기존의 인장강도 45kg/㎟급 가공용 고강도강의 성분조성을 갖는 슬라브를 1180℃로 재가열하고, 870℃에서 마무리압연한 후, 권취한 열연판을 소재로 70%로 냉간압연을 실시하고, 800℃로 연속소둔을 실시한 소둔판을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 시편의 인장강도, 연성, 연성취성 천이온도, 피로강도 및 내파우더링성을 측정하였으며, 그 결과는 표2와 같다.

상기 연성취성 천이온도는 내취성파괴 특성을 평가하기 위한 척도로서, 국내 공개특허공보 1997-48356호에서 박강판의 내 2차가공취성 평가 방법을 이용하여 가공비 1.9의 조건으로 성형한 컵으로부터 구하였다.

상기 피로강도는 점 용접한 시료를 60Hz의 조건으로 일천만번 반복하중을 주어 파괴가 일어나지 않는 조건으로 평가하였다.

또한, 도금층의 무게감량은 시편을 100mm의 원형으로 펀칭한 후 드로잉비율 2.0의 조건으로 커핑(Cupping)하는 경우의 무게감량을 측정하여 조사하였다.

강종	성분함량(중량%)									각 관계식의 계산값
	C	Si	Mn	P	S	Sol.Al	Mo	Cu	N	식(1)	식(2)
발명강1	0.11	0.05	0.23	0.015	0.01	0.032	0.07	0.06	0.01	47.0	3.2
발명강2	0.12	0.04	0.21	0.013	0.01	0.048	0.05	0.08	0.009	47.2	5.3
발명강3	0.10	0.06	0.25	0.018	0.01	0.051	0.06	0.08	0.01	46.5	5.1
발명강4	0.10	0.05	0.26	0.016	0.01	0.049	0.05	0.07	0.013	47.4	3.8
발명강5	0.11	0.04	0.20	0.013	0.01	0.063	0.06	0.06	0.011	47.0	5.7
종래강6	0.089	0.01	0.44	0.018	0.01	0.039	-	-	0.012	46.9	3.3
비교강7	0.075	0.01	1.02	0.068	0.01	0.043	0.05	0.01	0.003	47.6	14.3
비교강8	0.072	0.01	0.98	0.072	0.01	0.039	0.04	0.01	0.002	47.1	19.5
- 식(1) = 29.1 + 98C(%) + 4.0Mn(%) + 9.1Si(%) + 82P(%) + 3.5Mo(%) + 2.9Cu(%) + 410N(%) - 식(2) = Al/N - 본 발명의 성분조성은 식(1): 45이상, 식(2): 3.1~6.0의 관계를 만족시켜야 함 - 종래강6은 한국 공개특허공보 2004-59180호의 발명강임

강종	인장강도 (Kg/㎟)	연성(%)	연성취성 천이온도(℃)	피로강도(kgf)	내파우더링성 (도금층 무게감량)
발명강1	46.5	33	-70	210	12%
발명강2	47.3	32	-80	200	8%
발명강3	46.9	33	-90	210	10%
발명강4	47.3	32	-80	210	7%
발명강5	46.7	33	-90	200	11%
종래강6	45.9	33	-70	180	14%
비교강7	47.2	32	-50	170	18%
비교강8	46.19	33	-60	180	16%

상기 표2에서, 본 발명의 성분범위를 만족하는 발명강(1~5)를 이용하여 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 경우, 인장강도 45kg/㎟ 이상, 내2차가공취성 -70~-90℃, 점용접부 피로특성 200~210kgf, 내파우더링성 7~12%의 조건이 만족되는 박강판을 확보할 수 있었다.

그러나, 종래강6의 경우, Si의 함량이 본 발명이 제한하는 범위를 벗어나 목표로 하는 내파우더링성을 확보할 수 없었다. 또한, 비교강7과 비교강8의 경우 Mn, P을 본 발명이 제한하는 범위보다 다량 첨가하여 강도는 확보하였으나, 내2차가공취성이 저하되고, Si의 함량과 Al/N의 중량비가 본 발명이 제한하는 범위를 벗어나목표로하는 내파우더링성 및 피로특성을 확보할 수 없었다.

본 발명에서 상기 실시형태는 하나의 예시로서, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 냉간압연조건 70%의 압하율를 적용하고 있지만, 냉간압하율은 50%이상이면 가능한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, Mn과 P의 함량을 낮추는 대신 Mo과 Cu 및 N를 첨가함으로써 인장강도 45kg/㎟ 이상의 고강도를 확보하면서, 내2차가공취성 향상 원소인 Mo를 첨가하여 다량의 질소를 첨가함으로써 열화되는 내2차가공취성을 확보할 수 있다. 또한, Al/N의 관계식을 제어함에 의하여 점용접부의 피로강 도를 확보하고, Si의 함량을 적절히 제어하여 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 중량%로 C: 0.01~0.20%, Si: 0.10%이하, Mn: 0.1~0.6%, P: 0.03%이하, S: 0.020%이하, Sol.Al: 0.01~0.20%, Mo: 0.01~0.10%, Cu: 0.01~0.20%, N: 0.005~ 0.015%, 상기 C, Mn, Si, P, Mo, Cu, N이 다음의 조건, "29.1 + 98C(%) + 4.0Mn(%) + 9.1Si(%) + 82P(%) + 3.5Mo(%) + 2.9Cu(%) + 410N(%) ≥ 45"를 만족하고, Al 및 N함량이 "3.1 ≤Al/N ≤6.0" 관계를 만족하며, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물로 조성되는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판.
2. 제 1항에 있어서, 상기 N의 함량은 0.005~0.012% 임을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 Al/N은 5.1~6.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 Si의 함량은 0.021~0.1%임을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판.
5. 제 3항에 있어서, 상기 Si의 함량은 0.021~0.1%임을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판.
6. 중량%로 C: 0.01~0.20%, Si: 0.10%이하, Mn: 0.1~0.6%, P: 0.03%이하, S: 0.020%이하, Sol.Al: 0.01~0.20%, Mo: 0.01~0.10%, Cu: 0.01~0.20%, N:0.005~ 0.015%, 상기 C, Mn, Si, P, Mo, Cu, N이 다음의 조건, "29.1 + 98C(%) + 4.0Mn(%) + 9.1Si(%) + 82P(%) + 3.5Mo(%) + 2.9Cu(%) + 410N(%) ≥ 45"를 만족하고, 상기 Al 및 N함량이 "3.1 ≤Al/N ≤6.0" 관계를 만족하며, 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 조성된 강의 슬라브를 1100~ 1230℃의 온도로 재가열 후, 오스테나이트 단상역인 850℃이상에서 마무리압연을 완료하고 권취한 다음 50%이상의 압하율로 냉간압연하고, 750℃이상의 온도로 연속소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 N의 함량은 0.005~0.012%임을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판의 제조방법.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 Al/N은 5.1~6.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판의 제조방법.
9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 Si의 함량은 0.021~0.1%임을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판의 제조방 법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 Si의 함량은 0.021~0.1%임을 특징으로 하는 점용접부 피로특성 및 내파우더링성이 우수한 가공용 고강도 박강판의 제조방법.

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