KR100711474B1 - 소부경화성이 우수한 열연강판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차용에 사용되고 있는 열연강판의 제조방법에 관한 것으로서,
종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 고강도 및 우수한 가공성을 유지하면서 소부경화성을 현저히 향상시킨 열연강판을 제조하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 중량%로, C: 0.3%이하, Si: 1.5% 이하, Mn: 2.5% 이하, N:0.001∼0.03%, P:0.03%이하, S:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 강 슬라브를 900∼1300℃로 재가열한 후 총 압하율 50%이상으로 조압연하여 오스테나이트 조직의 평균 결정립 크기가 50㎛이하가 되도록 한 다음, 열간 마무리 압연을 하기 식 (1)로 정의되는 Ae3이상에서 개시하여 총 압하율 70∼95%로, 그리고
Ae3[Ae3 (℃) = 901 - 311C - 34.5Mn + 43.9Si]과 Ar3사이에서의 누적압하율이 60%이상이 되도록 마무리 압연하고 Ar3이상에서 종료한 후, 350℃이하의 냉각종료 온도로 냉각하여 권취하여 소부경화성이 우수한 열연강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.
소부경화, 열연강판, 결정립 크기, 동적변태
Description
본 발명은 자동차용에 사용되고 있는 열연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소부경화성이 우수한 열연고장력강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
소부경화 특성이 우수한 강재는 프레스성형 후 도장소부처리시 항복강도가 상승하는 강으로서, 주로 자동차 외판재로 사용되는 냉연소재에 많이 응용되고 있으나, 자동차 프레임이나 샤시 부품 등에 사용되는 열연재에도 소부경화의 잇점을 활용할 수 있다.
소부경화는 강중에 고용된 침입형 원소인 탄소나 질소가 변형과정에서 생성된 전위를 고착하여 발생되는 변형시효를 이용한 것으로 고용탄소 및 고용질소가 증가하면 소부경화량은 증가한다.
소부경화특성을 향상시키기 위한 기술의 대부분은 냉연소재에 대한 것이며, 열연재에 대한 것은 냉연소재에 비하여 그 숫자가 작으며, 그 대표적은 것으로는 일본 특허공보(소)61-272347호 및 대한민국 특허공보 1995-0018572호 등을 들 수 있다.
상기 일본 특허공보(소)61-272347에는 Al함량을 억제하고 열연권취온도를 낮추어 고용 N을 증가시키는 방법이 제시되어 있다.
그러나, 이 방법에서는 낮은 Al첨가량에 의하여 강중에 산화개재물이 많으며 가공성이 열화되는 문제점이 있다.
한편, 대한민국 특허공보 1995-0018572호에는 극저탄소 알루미늄-킬드강(Al-killed강)에 강력한 탄질화물 형성원소인 Ti, Nb를 첨가하여 가공성과 소부경화성이 우수한 열연강판을 제조하는 방법이 제시되어 있다.
그러나, 이 방법은 극저탄소강에 그 적용범위가 한정되므로 60kg급 이상의 고강도 열연강판에 적용하기 곤란한 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 고강도 및 우수한 가공성을 유지하면서 소부경화성을 현저히 향상시킨 열연강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 중량%로, C: 0.3%이하, Si: 1.5% 이하, Mn: 2.5% 이하, N:0.001∼0.03%, P:0.03%이하, S:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 강 슬라브를 900∼1300℃로 재가열한 후 총 압하율 50%이상으로 조압연하여 오스테나이트 조직의 평균 결정립 크기가 50㎛이하가 되도록 한 다음, 열간 마무리 압연을 하기 식 (1)로 정의되는 Ae3이상에서 개시하여 총 압하율 70∼95%로, 그리고
하기 식 (1)로 정의되는 Ae3과 Ar3사이에서의 누적압하율이 60%이상이 되도록 마무리 압연하고 Ar3이상에서 종료한 후,
(관계식 1)
Ae3 (℃) = 901 - 311C - 34.5Mn + 43.9Si
350℃이하의 냉각종료 온도로 냉각하여 권취하는 것을 특징으로 하는 소부경화성이 우수한 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
바람직하게는, 상기 강 슬라브에 Nb: 0.08%이하, Al: 0.1% 이하, V: 0.1%이하, 및 Ti: 0.005∼0.1%로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 추가로 첨가되는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
소부경화는 강중에 고용된 침입형 원소인 탄소나 질소가 강재의 변형과정에서 생성된 전위를 고착하여 발생되는 변형시효를 이용한 것으로 고용탄소 및 고용질소가 증가하면 소부경화량은 증가한다.
본 발명에서는 강재의 제조시 변형유기 동적변태를 이용하여 형성된 페라이트를 활용함으써 강재의 소부경화특성을 향상시킨다.
변형유기 동적변태라 함은 열역학적으로는 페라이트가 안정하게 존재할 수 있는 온도(Ae3이하)이지만 아직 페라이트가 석출되지 않는 온도(Ar3 이상) 범위에서, 강을 가공하여 조직에 변형을 부여하면 이 변형에 의하여 오스테나이트 상이 페라이트 상으로 변태되는 것을 말한다.
상기 변형유기 동적변태를 압연공정에 이용하면 마무리압연을 마친 순간에 상당량의 페라이트가 형성되어 있으며, 이후 냉각공정에서의 오스테나이트에서 페라이트로의 변태속도도 현저히 촉진된다
이와 같이 동적변태가 적용되어 마무리 압연을 하면 페라이트 형성과정이 빠를 뿐 아니라, 페라이트 형성온도도 높으므로 페라이트내의 고용 탄소와 고용 질소가 증가하게 된다.
이러한 고용 탄소와 질소의 증가는 이후 강재의 소부열처리에 의한 강도 상승에 기여하게 된다.
이하, 본 발명의 강 조성에 대하여 설명한다.
본 발명은 40kg급~80kg급 열연강판의 성분계에 적용가능하다.
상기 탄소(C)는 강재의 효과적인 강화를 위해서는 적당량 그 함유가 필요한 원소이다. 그러나 그 함유량이 0.3중량%(이하, 단지 %라 한다)를 초과하면 최종 미세조직에서 페라이트가 차지하는 비율이 약 60% 이하가 되어 양호한 가공성을 얻을 수 없고, 용접시에 열영향부의 인성저하가 큰 문제가 될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 탄소함량은 0.3%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 실리콘(Si)은 고용강화 효과와 함께 제강공정에서 탈산을 위해 첨가가 필요한 성분이다.
그러나, 그 함유량이 1.5%를 초과하면 용접성이 저하되고 강판표면에 제거하기 곤란한 산화피막이 형성될 가능성이 크다.
따라서 이를 고려하여 그 함유량은 1.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 망간(Mn)은 탈산을 위해 첨가가 필요하나, 만일 그 첨가량이 2.5%를 초과하면 경화능을 불필요하게 증가시켜 압연시 페라이트의 변태속도를 저하시킬 뿐만 아니라 용접시 저온조직의 발생가능성이 커질 수 있다.
따라서 본 발명에서는 Mn의 함유량은 2.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 니오븀(Nb)은 선택적 첨가원소로서 재가열시 또는 열간압연시 강중의 탄소 또는 질소와 결합하여 수십 나노미터 크기의 극미세 석출물을 형성하는 성분이며, 열간가공 중의 오스테나이트 및 페라이트 조직을 미세화한다.
그러나, 니오븀의 함량이 0.08%를 초과하면, 그 첨가에 따른 효과가 포화될 뿐만 아니라 강을 너무 경화시켜 용접부 인성에도 악영향을 나타낸다.
따라서, 상기 니오븀 함량은 0.08% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 Al은 선택적 첨가원소로서 용강에서 탈산제로서의 역할을 하며, 미세한 AlN 석출물을 형성함으로써 오스테나이트의 결정립 성장억제와 페라이트 결정립 성장을 억제하는 효과가 있다.
만일, Al 첨가량이 0.1%를 초과하면 비금속개재물이 증가하여 기계적 물성의 저하가 나타난다.
따라서 본 발명에서는 알루미늄(Al)의 첨가량은 0.1% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Ti은 N과 결합하여 고온에서 안정한 미세 TiN 석출물을 형성하여 재가열시 오스테나이트의 결정립 성장을 억제시키는 원소로서 본 발명에서는 선택적으로 첨가된다.
그런데 이러한 미세 TiN을 얻기위하여 Ti의 함량이 0.005% 이상이 되어야 한다.
그러나, 그 함량이 0.1%를 초과할 경우 용강중에서 조대한 석출물이 형성되어 기계적 물성의 저하가 나타난다.
따라서, 상기 타이타늄(Ti)의 함량은 0.005∼0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 N은 TiN, AlN, Nb(CN), V(CN) 등을 형성시키는데 필수불가결한 원소이다.
상기 N의 함량이 0.001% 미만이면 필요한 탄질화물의 형성이 어렵고, 그 함량이 0.03%를 초과하면 첨가 효과가 포화되고 조대한 석출물이 형성되어 기계적 물성을 저해한다.
따라서, 본 발명에서는 질소(N)의 함량은 0.001∼0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 V은 선택적으로 첨가되는 원소로서 VC 및 VN석출물등을 형성하여 강도를 향상시키는 역할을 하지만, 그 첨가량이 0.1%를 초과하는 경우에는 조대한 석출물이 형성되어 기계적 성질을 오히려 저하시키기 때문에, V함량은 0.1%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 불순물 원소인 P와 S의 함량을 각각 0.03% 이하와 0.005%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 P의 함유량이 높은 경우 입계에 편석하여 취성균열을 일으킨다.
상기 S의 함유량이 높은 경우 MnS를 형성하여 인성을 저하시킨다.
이하, 상기와 같이 조성된 강재를 이용하여 소부경화 특성이 우수한 강재를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따라 소부경화 특성이 우수한 강재를 제조하기 위해서는 상기와 같이 조성된 강재를 제조한 후, 이를 재가열한 다음, 조압연과정, 마무리압연과정 및 냉각과정을 거친다.
본 발명에서는 상기 마무리압연단계에서 변형유기 동적변태를 이용하여 페라이트를 형성시킨다.
상기 조성의 강재를 변형유기 동적변태를 이용하여 페라이트를 형성시키기 위해서는 다음과 같은 공정조건이 필요하다.
첫째, 마무리 압연하기 전에 그 오스테나이트 조직의 평균 결정립 크기(AGS : Austenite Grain Size)가 50㎛이하가 되도록 강 슬라브의 재가열온도, 조압하율을 제어할 것이 요구된다.
본 발명에 있어서 강 슬라브의 재가열온도는 900∼1300℃가 바림직하고, 조압연의 총 압하율은 50%이상이 바람직하다.
만일 마무리 압연 직전 강재의 오스테나이트 결정립의 크기가 50㎛를 초과하면 후속하는 열간가공중 변형유기 동적변태 페라이트의 형성속도가 현저히 저하됨과 동시에 변형유기 동적변태 페라이트의 형성장소도 매우 불균일해져서 최종적으로 혼립 페라이트가 형성되며 기계적성질의 열화가 발생할 수 있다.
상기와 같이 마무리 압연 직전 강재의 오스테나이트 결정립의 크기를 50㎛이하로 하기 위해서는 여러가지 방법이 사용될 수 있다.
그 예로서는 가열로에서 석출물을 이용하여 결정립 성장을 방해하고, 조압연 온도를 통상보다 낮추어서 실시하는 방법을 들 수 있다.
둘째, 변형유기 동적변태는 적절한 온도범위내에서 필요한 양 이상의 가공을 부여하여야 일어날 수 있는데, 그 구체적인 조건으로는 마무리 열간다단압연에서 Ar3와 하기 식 (1)로 정의되는 Ae3사이의 온도범위에서 그 누적압하율이 60%이상이 될 것이 요구된다.
(관계식 1)
Ae3 (℃) = 901 - 311C - 34.5Mn + 43.9Si
(여기서, C, Mn, Si은 각 원소의 함량(중량 %)을 나타낸다.)
상기 강재의 Ae3온도는 가공조건과는 무관하며 강의 성분에 의해 결정되는데, 본 발명의 대상 강종 성분범위에서는 주 합금원소인 C, Si, Mn함량에 의해 주로 지배받는다.
강 성분에 따른 Ae3온도는 상용 열역학 데이터베이스를 이용하여 구할 수 있으며, 본 발명의 성분범위의 여러 강종에 대하여 Ae3온도를 구한 값들을 회귀분석 하여 상기 식 (1)을 도출한 것이다.
마무리 열간압연중 Ar3와 Ae3사이의 온도범위에서 그 누적압하율이 60%을 초과하지 않으면 동적변태 페라이트의 형성량이 충분하지 않아 이 후 냉각공정에서의 페라이트변태촉진 효과가 저하될 수 있다.
본 발명에서는 상기 열간 마무리 압연의 개시온도는 하기 식 (1)로 정의되는 Ae3이상이 바람직하고, 총 압하율은 70∼95%가 바람직하고, 그리고 상기 열간 마무리 압 연의 종료온도는 Ar3이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
셋째, 마무리 압연후 강재를 냉각하는 과정에서 냉각종료 온도 또는 권취온도는 350℃의 이하의 범위를 만족해야 한다.
냉각종료 온도가 350℃이상인 경우는 권취 후 권취상태에서 서냉되는 사이에 고용된 탄소와 질소의 대부분이 탄질화물로 석출되므로 소부경화능이 저하된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 마무리 열간압연전의 오스테나이트 조직의 입도, 마무리 열간압연조건, 냉각조건을 적절하게 제어함으로써 소부경화특성이 우수한 열연강재를 효과적으로 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다,.
(실시예)
하기 표1 과 같이 조성되는 강을 하기 표 2의 조건으로 열간압연을 행한 후 소부경화능을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 강종 | 조성(중량%) | ||||||
| C | Mn | Si | Nb | V | Ti | N | |
| A | 0.073 | 1.45 | 0.21 | 0.045 | 0.041 | 0.025 | 0.0093 |
| B | 0.071 | 1.37 | 0.08 | 0.045 | - | 0.020 | 0.0048 |
| C | 0.10 | 1.64 | 0.24 | - | - | 0.016 | 0.0044 |
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고강도 및 우수한 가공성을 유지하면서 소부경화특성을 현저히 향상시킨 열연강판을 제조할 수 있다.
Claims (2)
- 중량%로, C: 0.3%이하, Si: 1.5% 이하, Mn: 2.5% 이하, N:0.001∼0.03%, P:0.03%이하, S:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 강 슬라브를 900∼1300℃로 재가열한 후 총 압하율 50%이상으로 조압연하여 오스테나이트 조직의 평균 결정립 크기가 50㎛이하가 되도록 한 다음, 열간 마무리 압연을 하기 식 (1)로 정의되는 Ae3이상에서 개시하여 총 압하율 70∼95%로, 그리고하기 식 (1)로 정의되는 Ae3과 Ar3사이에서의 누적압하율이 60%이상이 되도록 마무리 압연하고 Ar3이상에서 종료한 후,(관계식 1)Ae3 (℃) = 901 - 311C - 34.5Mn + 43.9Si350℃이하의 냉각종료 온도로 냉각하여 권취하는 것을 특징으로 하는 소부경화성이 우수한 열연강판의 제조방법
- 제1항에 있어서, 상기 강 슬라브에 Nb: 0.08%이하, Al: 0.1% 이하, V: 0.1%이하, 및 Ti: 0.005∼0.1%로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 추가로 첨가되는 것을 특징으로 하는 소부경화성이 우수한 열연강판의 제조방법
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