KR100711476B1

KR100711476B1 - 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100711476B1
Application number: KR1020050129659A
Authority: KR
Inventors: 손일령; 조열래
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-04-24

Abstract

본 발명은 자동차의 로어암(lower arm), 서스펜션(suspension) 및 휠디스크용 등에 사용되는 45~70kg/㎟급 고강도 열연강판에 관한 것으로서, 최적의 인장강도와 구멍확장비의 밸런스와 최적의 연신율과 구멍확장비의 밸런스를 갖는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Mn: 0.1~2.3%, Si: 0.05~0.5%, Al: 0.005~0.05%, N: 0.001~0.01, P: 0.03%이하, S: 0.003% 이하. 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 800~900℃에서 마무리열간압연하는 단계; 이어 상기 열간압연된 강판을 650~720℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 급냉한 다음, 공냉하는 단계; 및 상기 공냉처리된 강판을 400~550℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 냉각한 다음, 권취하는 단계를 포함하여 이루어지는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법을 그 요지로 한다.

본 발명에 따르면 가공성이 우수한 고강도 열연강판을 제공할 수 있다.

연신율(El), 구멍확장비, 신장플랜지성, 열연강판, 고강도, 연성

Description

가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법{Method for Manufacturing High Strength Hot Rolled Steel Sheet Having Excellent Formability}

도 1은 발명예 및 비교예에 있어서 권취온도(CT)와 구멍확장비(HER)의 상호관계를 나타낸 그래프

본 발명은 자동차의 로어암(lower arm), 서스펜션(suspension) 및 휠디스크용 등에 사용되는 45~70kg/㎟급 고강도 열연강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 신장플랜지성(구멍확장비)과 연신율(El)을 갖는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

자동차 업계는 점차 엄격해지는 환경규제에 대응하기 위하여 자동차 주행시 연비 증가가 필수적이며, 이를 위하여는 차체의 경량화가 필요하다.

차체의 경량화를 달성하기 위해서는 종래에 자동차 샤시 등에 사용되는 열연강판의 강도를 고강도화시키는 것이 효과적이다.

따라서, 고강도화에 따른 가공성 저하를 최대한 억제하는 것이 중요하다.

범용으로 사용되고 있는 페라이트 석출경화강의 경우 강도가 증가함에 따라 연신 율(EL) 및 신장플랜지성이 저하되는 문제를 갖고 있어서 가공성이 크게 요구되는 자동차 샤시부품에 적용시키기 위하여는 이의 개선이 반드시 필요하다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 금속 조직을 폴리고날 페라이트 및 베이나이트의 혼합조직을 형성시킴으로써 연성의 저하 없이 신장 플랜지성을 증대시키는 방안이 제시되고 있으며, 대표적인 예로는 일본 공개특허공보 소61-130454호, 평6-293910호 및 대한민국 공개특허공보 2003-55339호가 있다.

상기 종래기술들 중 일본 공개특허공보 소61-130454호와 평6-293910호는 열간 압연 후 700℃ 전후의 온도까지 냉각시킨 후 일정 시간 공랭하고 다시 냉각하여 권취하는 3단 냉각을 사용함으로써 페라이트-베이나이트 조직을 형성하여 신장플랜지성을 향상하는 방안을 제시하고 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 2003-55339호는 69kg/㎟ 이상의 강도를 가지며 연신율(EL)과 신장플랜지성이 동시에 우수한 열연강판에 관한 것으로, 페라이트-베이나이트 조직을 주체로 하며 이때 페라이트 비율을 80% 이상으로 하고, 결정 입자의 짧은 직경(ds)와 긴 직경(dl)의 비가 0.1인 결정 입자가 80% 이상 되도록 제어하는 방안을 제시하고 있다.

그러나, 상기 종래기술들은 공정 조건의 범위가 넓고 다양하기 때문에 원하는 물성을 갖는 강판을 생산하기 위한 최적 공정 조건을 찾아내는 데에는 어려움이 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강 조성과 제 조조건을 적절히 제어함으로써 최적의 인장강도와 구멍확장비의 밸런스와 최적의 연신율과 구멍확장비의 밸런스를 갖는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

이하. 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로, C: 0.05~0.15%, Mn: 0.1~2.3%, Si: 0.05~0.5%, Al: 0.005~0.05%, N: 0.001~0.01, P: 0.03%이하, S: 0.003% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 800~900℃에서 마무리열간압연하는 단계; 이어 상기 열간압연된 강판을 650~720℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 급냉한 다음, 공냉하는 단계; 및 상기 공냉처리된 강판을 400~550℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 냉각한 다음, 권취하는 단계를 포함하여 이루어지는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 상기 강 슬라브에 Ti: 0.005~0.05%, Nb: 0.005~0.05%, Mo:0.005~0.5, B: 0.0002~0.003, 및 Ca: 0.0001~0.003%로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 권취온도가 하기 식(1)을 기준으로 하여 설정될 수 있다

[관계식1]

HER(%) = 0.439*CT-106.24

(여기서, HER: 구멍확장비, CT: 권취온도)

즉, 본 발명에서는 원하는 구멍확장비를 정해진 경우 이 구멍확장비를 얻기 위하여 상기 식(1)에 따라 권취온도를 설정할 수도 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 45~70kg/㎟의 인장강도, 21% 이상의 연신율(EL) 및 80% 이상의 구멍확장비를 갖는 열연강판을 제공하는데 특징이 있으며, 먼저 이를 위한 강성분 제한 이유에 대하여 설명한다.

C: 0.05~0.15중량%(이하, "%"라 칭함)

상기 탄소(C)는 열연강판의 강도를 얻기 위한 기본적인 성분으로서, 상기 C의 함량이 0.05% 미만이면 소정의 강도를 얻을 수 없고, 0.15%를 초과하면 용접성 및 신장 플랜지성의 저하를 초래하므로, 그 함량은 0.05∼0.15%로 제한하는 것이 바람직 하다.

Mn: 0.1~2.3%

상기 망간(Mn)은 고용강화에 유효한 원소로서, 상기 Mn의 함량이 0.1% 미만이면 그 첨가효과를 얻을 수 없고, 2.3%를 초과하면 강도는 얻어지나 연신율(EL)이 급격히 감소되므로, 그 함량은 0.1~2.3%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.05~0.5%

상기 실리콘(Si)은 연성의 열화 없이 강도를 상승시키는 고용강화원소이나, 열간압연강판 표면에 적스케일 발생으로 결함을 유발할 뿐만 아니라 용접성을 저하시키는 문제점이 있으므로, 양호한 표면형상과 용접성을 얻기 위하여 그 함량은 0.05~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.03% 이하

상기 인(P)는 고용강화 효과가 있지만 권취과정에서 입계편석을 유발하기 쉬우므로 신장플랜지성을 저해하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 P의 함량은 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S: 0.003% 이하

상기 황(S)는 사상압연의 과정에서 미세한 MnS를 석출하게 되는데, 금속모재에 비하여 취성이 크므로 금속 파괴시 크랙의 전파가 용이하게 되어 신장플랜지성에 악영향을 미치게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 S의 함량은 0.003% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Al: 0.005~0.05%

상기 알루미늄(Al)은 탈산제 및 탄화물 형성 원소이다.

상기 Al의 함량이 0.005% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 0.05%를 초과하면 열연 가열로 공정시 표면에 Al 및 Mn을 주체로 하는 내부 산화물이 생성되어 표면 품질을 저해하므로, 그 함량은 0.005~0.05%로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기한 강 조성에 Ti, Nb, Mo, B 및 Ca로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유될 수 있으며, 이들 각 성분들에 대한 제한 사유에 대하여 설명하면, 다음과 같다.

Ti: 0.005~0.05%

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 있어 열간압연 후 오스테나이트/페라이트 변태시 변태와 더불어 페라이트 조직내에 Ti 탄화물 혹은 Nb-Ti 복합탄화물로 석출되어 페라이트 강화에 기여하게 된다.

상기 Ti의 함량이 0.005% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 0.05%를 초과하면, 그 효과가 포화되므로, 그 함량은 0.005~0.05%로 제한하는 것이 바람직하다.

Nb: 0.005~0.05%

상기 니오비움(Nb)은 본 발명에 있어서 열간압연동안 석출되거나, 고용상태로 존재하면서 오스테나이트의 결정립 미세화에 기여할 뿐만 아니라 페라이트상의 석출강화에 유효한 원소이다.

상기 Nb의 함량이 0.005% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 0.05%를 초과하면 연속주조 슬라브의 제조과정에서 주편크랙을 생성시킬 가능성이 크기 때문에 그 함량은 0.005~0.05%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.005~0.5%

상기 Mo은 고용강화에 의한 강도 상승 및 강재 표면 형상을 안정화시키는데 기여하는 원소로서 상기 Mo의 함량이 0.05% 이하에서는 그 효과가 미약하고 0.5%를 초과하는 경우는 그 효과가 포화되고 경제적으로도 불리하므로, 그 함량은 0.5% 이내로 제한하는 것이 바람직하다.

B: 0.0002~0.0030%

강중 B은 입계강화원소로서 점용점부의 피로특성을 향상시키고, P입계취성을 방 지하는 원소로서 첨가되며, 통상 그 함량이 0.0002%만 되도 상기의 효과를 나타내며, 그 함량이 0.003%이상이 되면 가공성이 저하하므로 그 함량은 0.0002~0.003%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ca: 0.0001~0.003%

강중에 형성되는 신장된 MnS는 신장 플랜지 가공시 크랙발생의 시작점으로 작용하게 되는데, Ca 는 신장된 MnS를 구상화함으로서 크랙발생을 억제하는데 효과적이다.

이러한 효과를 얻기 위하여는 최소 0.0001%이상의 Ca 첨가가 필요하나, 0.003%이상은 제조 공정상의 문제로 첨가가 어렵기 때문에 이의 상한는 0.003%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기한 성분이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

강판의 연신율(EL)과 신장플랜지성은 금속의 조직을 제어하는 제조공정에 크게 의존하게 되는데, 이하에서는 본 발명의 제조공정에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 통상의 방법으로 재가열한 다음, 열간압연하게 된다.

상기 열간압연시 마무리열간압연 온도는 강판제조시 조업성 및 변태후의 페라이트 입경에 영향을 미친다.

본 발명에서는 상기 마무리열간압연 온도가 800℃ 미만이면 압연부하가 과다할 뿐만 아니라 압연 통판성에 악영향을 끼치게 되며, 900℃를 초과하면 조직이 조대해져 강도 및 연성의 저하를 초래하게 된다.

따라서, 상기 마무리열간압연 온도는 800~900℃로 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 열간압연된 열연판은 이후 80~1000℃/초의 냉각속도로 650~720℃까지 급냉한 다음 공냉하게 된다.

이때 상기 급냉종료온도가 650℃ 미만이면 페라이트 비율이 적어지고 그 형태가 폴리고날이 아닌 에시큘러 타입으로 변하기 때문에 연성이 저하될 우려가 있고, 720℃를 초과하면 페라이트의 비율이 적어져 연성이 저하되므로, 상기 급냉종료온도는 650~720℃로 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 급냉시 냉각속도가 80℃/초 미만이면 펄라이트가 생성되어 가공성이 저하될 우려가 있고, 1000℃/초를 초과하면 정밀한 온도제어가 어려워져 작업이 불가능한 문제점이 있으므로, 상기 급냉시 냉각속도는 80~1000℃/초로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공냉은 페라이트 변태가 일어나도록 하기 위한 것이며, 공냉시간은 최종제품 조직내 페라이트와 베이나이트의 분율을 결정하게 된다.

상기 공냉시간이 4초 미만이면 베이나이트 조직이 과도하게 생성되어 연성이 저하될 수 있고, 6초를 초과하면 조직 대부분이 페라이트로 되어 페라이트-베이나이트 복합 조직의 특성을 발휘하기 어려울 수 있으므로, 상기 공냉시 공냉시간은 4~6초로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 공냉처리된 강판은 이후 80~1000℃/초의 냉각속도로 권취온도(CT)까지 냉각한 다음 권취한다.

이때 공냉중 미변태한 오스테나이트상이 베이나이트로 변태하게 된다.

상기 권취온도(CT)까지의 냉각속도가 80℃/초 미만이면 펄라이트가 생성되어 가공성이 저하될 우려가 있고, 1000℃/초를 초과하면 정밀한 온도제어가 어려워져 작업이 불가능할 수 있으므로, 상기 권취온도(CT)까지의 냉각속도는 80~1000℃/초로 제한 하는 것이 바람직하다.

상기 권취시 권취온도(CT)가 400℃ 미만이면 경질의 페라이트가 발생되기 쉬워 신장플랜지성에 유해하며, 550℃를 초과하면 신장플랜지성에 유해한 펄라이트, 입계 세멘타이트가 발생되기 쉬우므로, 상기 권취온도(CT)는 400~550℃로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명자들은 상기 성분범위 내의 다양한 강판의 제조공정에 있어서 권취온도(CT)가 제품의 신장플랜지성에 가장 큰 영향을 미치게 됨을 확인하였다.

본 발명자들은 본 발명의 범주에 들어가는 제조 조건 즉, 상기 성분 범위와 제조 공정 범위에서 강판의 구멍확장비와 권취온도(CT)는 하기 식(1)과 같은 관계를 갖는 것임을 연구 및 반복실험을 통해 구하였다.

[관계식1]

HER(%) = 0.439*CT-106.24

(여기서, HER: 구멍확장비 CT: 권취온도)

본 발명에 따르면, 45kg/mm²~70kg/mm²의 인장강도, 22~35%의 연신율(El), 80~150% 이상의 구멍 확장비를 갖고, 특히 강도와 구멍확장비의 곱으로 표시되는 강도-구멍확장성 밸런스가 4,500 이상, 연신율(El)과 구멍확장비의 곱으로 표시되는 연신율 (EL)-구멍확장성의 밸런스가 1,800 이상의 값을 갖는 고강도 고가공성 및 고버링성 강을 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 열연강판은 그 조직이 페라이트와 제2상인 베이나이트로 이루어지고, 페라이트의 분율은 70∼90%정도, 베이나이트 분율은 10∼30%정도가 바람직하며, 또한, 여기에 5%이하의 퍼얼라이트 등의 기타 상이 추가로 함유될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예1)

하기 표 1(표1-1, 표1-2)과 같이 조성되는 시편을 하기 표 2의 조건으로 마무리열간압연하여 2.3~4.5mm의 두께로 제조하였다.

이어 하기 표 2의 조건으로 냉각 및 권취하였다.

상기와 같이 제조된 시편의 기계적 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

이때 인장시험은 압연방향에 대하여 수직인 방향으로 JIS 5호 인장시편 을 제작한 후 상온에서 10mm/min의 속도로 인장하여 평가하였다.

연성은 연신율(EL)로 평가하였다.

또한, 신장플랜지성은 ISO TS16630에 준하여 120mmｘ120mm 크기의 시편 중앙에 지름 10mm의 구멍을 타발한 후 60도 각도의 원추펀치로 확장하여 다음 식으로 정의되는 구멍확장비 (HER)(Hole Expansion Ratio; HER)를 측정함으로써 평가하였다.

HER(%) = (Df-Do)/Do ×100

상기 식에서 Do는 타발구멍의 초기지름이며, Df는 확장시 크랙이 두께를 관통할 때 펀치의 상승을 정지하여 측정한 구멍지름이다.

한편, 하기 표 2의 제조조건중 권취온도에 따른 구멍확장비를 도 1에 나나내었다.

[표1-1]

강종 종	화학성분 (중량%)							비고
강종 종	C	Mn	Si	P	S	Al	N	비고
A	0.09	1.11	0.10	0.018	0.002	0.031	0.005	발명강
B	0.08	1.43	0.15	0.016	0.002	0.025	0.004
C	0.07	1.72	0.11	0.013	0.001	0.026	0.005
D	0.10	1.21	0.13	0.018	0.002	0.021	0.005
E	0.13	1.01	0.11	0.020	0.003	0.025	0.005
F	0.07	1.51	0.72*	0.021	0.003	0.032	0.004	비교강

* 본 발명 범위를 나타냄

[표1-2]

강종	화학성분 (중량%)				비고
강종	Ti	Nb	Ca	기타	비고
A	-	-	-	-	발명강
B	0.01	0.021	-	-
C	0.014	0.043	0.001	-
D	0.02	0.018	-	0.2 Mo
E	0.02	0.022	0.001	0.0005 B
F	-	-	-	-	비교강

[표 2]

시편 No.	강종	비고	두께 (mm)	제조조건
시편 No.	강종	비고	두께 (mm)	마무리압연온도(℃)	급냉종료온도(℃)	권취온도(℃)
1	A	발명예	3.2	852	680	510
2	B	발명예	2.6	862	690	460
3		발명예	2.6	840	685	480
4*		비교예	3.2	790*	698	412
5	C	발명예	2.3	845	681	450
6*	C	비교예	4.5	760*	660	430
7	D	발명예	2.6	851	712	490
8*	D	비교예	3.5	854	690	610*
9	E	발명예	3.2	843	694	456
10*	E	비교예	4.5	823	686	390*
11*	F*	비교예	2.3	840	685	459
12*	F*	비교예	3.2	851	682	490

* 본 발명 범위를 나타냄

[표 3]

시편 No.	미세조직		기계적 성질					비고
시편 No.	페라이트 (%)	2상	인장강도(TS) (kg/mm²)	연신율(El) (%)	HER(%)	TS* HER	El*HER	비고
1	82	B	46.9	34.5	125	5,863	4,313	발명예
2	89	B	57.5	27.6	105	6,039	2,898	발명예
3	84	B	57.2	28	110	6,293	3,080	발명예
4	91	B	60.7	22.1	61	3,701	1,348	비교예
5	88	B	63.5	24.5	90	5,718	2,205	발명예
6	81	B	61.7	24.4	65	4,010	1,586	비교예
7	83	B	60.2	24.6	92	5,535	2,263	발명예
8	94	B+P	58.1	25.3	67	3,894	1,695	비교예
9	87	B	65.8	24.1	90	5,919	2,169	발명예
10	85	B	72.6	21.2	58	4,211	1,230	비교예
11	82	B	72.6	22.1	56	4,066	1,238	비교예
12	86	B	69.3	21.5	67	4,646	1,441	비교예

상기 표3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예(조건 1,2,3,5,7,9)는 인장강도가 47~66kg/mm² 이며, 90~125%의 구멍확장비 및 24~35%의 연신율을 가지며, 인장강도와 구멍확장의 곱(TS* HER)으로 표시되는 밸런스는 4,500이상이고 연신율과 구멍확장비의 곱(El*HER)으로 표시되는 밸런스는 1,800이 상으로 우수한 가공성을 가지는 것을 알 수 있다.

한편, 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 권취온도(CT)의 범위에서는 권취온도(CT)와 구멍확장비가 대략 직선관계를 나타냄을 알 수 있고, 상기 식(1)의 관계를 나타내었다.

구멍 확장비에 있어서 상기 식(1)로 예상되는 이론값과 실제값 사이에는 -9 ~ +18%의 오차를 보였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 가공성이 우수한 고강도 열연강판을 제공할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.05~0.15%, Mn: 0.1~2.3%, Si: 0.05~0.5%, Al: 0.005~0.05%, N: 0.001~0.01, P: 0.03%이하, S: 0.003% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 800~900℃에서 마무리열간압연하는 단계; 이어 상기 열간압연된 강판을 650~720℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 급냉한 다음 공냉하는 단계; 및 상기 공냉처리된 강판을 400~550℃까지 80~1000℃/초의 냉각속도로 냉각한 다음, 하기 식(1)을

[관계식1]

HER(%) = 0.439*CT-106.24

(여기서, HER: 구멍확장비, CT: 권취온도)

고려하여 설정되는 권취온도에서 권취하는 단계를 포함하여 인장강도 45~70kg/㎟ 인 열연강판을 제조하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법
제1항에 있어서, 상기 강 슬라브에 Ti: 0.005~0.05%, Nb: 0.005~0.05%, Mo: 0.005~0.5, B: 0.0002~0.003, 및 Ca: 0.0001~0.003%로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유되는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공냉시간이 4∼6초인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법
삭제