상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
중량%로, C: 0.06~0.12%, Si : 0.4~1.0%, Mn: 1.4~2.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.010~0.050%, Ti: 0.10~0.20%, Nb: 0.020~0.050%, Mo: 0.1~0.3%, N: 50ppm 이하, B: 40ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고;
그 최종 미세조직이 TiC, (Ti,Mo)C, (Ti,Nb)C 및/또는 (Ti,Nb,Mo)C로 이루어진 복합석출물중 1종 또는 2종 이상이 미세하게 석출되어 있는 실질적으로 베이트나이트 단상조직인 초고강도 자동차 구조용 열연강판에 관한 것이다.
또한, 본 발명은,
중량%로, C: 0.06~0.12%, Si: 0.4~1.0%, Mn: 1.4~2.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.005% 이하, Al: 0.010~0.050%, Ti: 0.10~0.20%, Nb: 0.020~0.050%, Mo: 0.1~0.3%, N: 50ppm 이하, B: 40ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 강 슬라브를 마련하는 공정;
상기 강 슬라브를 재가열한후 Ar3 변태점 이상의 온도에서 마무리 열간압연하는 공정; 및
상기 열간압연된 강판을 400~550℃의 온도범위로 냉각한 후 권취하는 공정; 을 포함하는 초고강도 자동차 구조용 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 강조성성분 및 그 제한사유를 설명한다.
상기 탄소(C)는 열연강판의 강도와 베이나이트 단상조직을 얻는데 기본적으로 필요한 원소이며, 특히, Ti, Nb 혹은 Ti-Nb, Ti-Mo-Nb, Ti-Nb-Mo 성분으로 구성된 미세 석출물의 석출에 참여하여 본 발명의 인장강도 확보에 기여하는 원소이다. 그러나 그 함량이 0.06% 미만이면 페라이트가 형성되어 인장강도가 저하되고, 반대로 0.12%를 초과하면 마르텐사이트를 포함하는 저온변태상의 석출로 950MPa 이상의 인장강도를 얻기는 용이하나 연신율이나 굽힙성이 저하될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 C의 함량을 0.06~0.12%로 제한한다.
상기 망간(Mn)은 고용강화 및 변태강화에 유효한 원소로, 그 함량이 1.3% 미만인 경우에는 기대되는 강도가 얻어지지 않고, 2.2%를 초과하면 강도는 950MPa 이상이나 연신율이 급격히 감소된다. 즉, 망간 함유량이 증가하면 강의 소입성이 증가되어 베이나이트나 마르텐사이트 상을 얻기는 용이하나, 그 함량이 2.2%를 초과하면 티타늄 탄화물 혹은 티타늄-몰리브덴 탄화물의 석출이 억제되어 첨가량 대비 강도 증가 효과가 포화되므로 그 함량을 1.4~2.2%로 제한한다.
상기 규소(Si)는 고용강화 원소로서 그 첨가량이 증가할수록 소재의 강도는 증가하나 강도 상승 대비 연신율 저하는 타 고용강화 원소에 비하여 적으므로 강도 -연신율 발란스 향상에 대단히 유효한 원소이다. 그러나 그 첨가량이 지나치게 높으면 열연강판 표면에 산화스케일 결함을 유발하고, 용접성, 특히 아크 용접에서의 산화물 생성을 촉진하여 용접품질을 저하시킬 수 있으므로 본 발명에서는 그 함량을 0.4~1.0% 로 제한한다.
상기 니오비움(Nb)은 열간압연동안 석출되거나 고용상태로 존재하면서 오스테나이트의 결정립 미세화에 기여할 뿐만 아니라 페라이트 혹은 베이나이트 조직의 석출강화에도 유효한 원소이다. 그러나 그 첨가량이 과다하면 연속주조 슬라브의 제조과정에서 주편크랙 생성 가능성이 커질 수 있으므로, 0.05% 이하로 제어함이 바람직하다.
상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 있어 중요한 원소로서, 열간압연후 냉각과정에서 베이나이트 조직내 Ti, Ti-Mo, Ti-Nb 및/또는 Ti-Nb-Mo 복합탄화물로 석출되어 베이나이트의 강화에 기여하게 된다. 그러나 그 함량이 적으면 상기 석출강화 효과를 충분히 기대할 수 없으며, 반대로 그 함량이 0.2%를 초과하면 상기 석출강화 효과가 포화되기 때문에, 상기 티타늄의 첨가량은 0.10~0.20%로 제한한다.
상기 몰리브덴(Mo)은 망간과 더불어 강의 소입성을 증가시키므로, 열간압연후 베이나이트 혹은 마르텐사이트 등의 저온변태 조직을 얻는데 대단히 유용하다. 또한 강중 티타늄 혹은 니오븀과 복합으로 석출하거나 단독으로 석출하여 강판의 인장강도 상승에 크게 기여하는 원소이다. 그러나 그 첨가량이 0.1% 미만에서는 소망하는 인장강도가 얻어지지 않으며, 0.3%를 초과하면 몰리브덴에 의한 소입성이 지나치게 증대되어 마르텐사이트가 형성되어 강의 연성이 저하되고, 용접부 균열 감수성 역시 증대되므로 본 발명에서는 Mo 함량을 0.1~0.3% 범위로 규제하였다.
상기 인(P)는 강의 페라이트 안정화 원소로서 고용강화 효과가 큰 원소이지만 미량 첨가되는 경우 불순물로 작용하여 강판의 가공성을 저하시킨다. 일반적으로 자동차용 열연강판의 인 함유량은 0.03% 이하로 제한되며, 이는 인의 입계편석에 따른 연신율 저하 및 입계취화를 방지하기 위함이다.
그런데 본 발명과 같은 950MPa급 이상의 초고강도강 제조에 있어서는, 불순물 P의 입계편석이 강재의 가공성이나 입계취화에 미치는 민감도가 더욱 증가한다. 또한 본 발명의 열연강판은 B, Mo 등의 첨가원소에 의하여 페라이트 변태 없이 직접 베이나이트 단상역으로 냉각되기 때문에 베이나이트 노듈라(nodular)를 구성하는 결정입계, 다시 말하여 구 오스테나이트의 결정입계 특성이 재질특성에 미치는 영향은 증대된다.
따라서 본 발명에서는 초고강도강의 입계편석 민감도를 저하시키기 위하여, 강중 P 함량을 0.015% 이하, 바람직하게는 0.01% 이하로 제한함이 유효하다.
상기 황(S)은 불순물로서 강판내 유화물 혹은 입계에 편석된 상태로 존재하면서 강판의 가공성을 저하시킨다. 일반적으로 자동차용 열연강판의 황 함유량은 0.015% 이하로 제한되는데, 이는 황의 입계편석에 따른 연신율 저하 및 입계취화를 방지하기 위함이다.
그런데 본 발명과 같은 950MPa급 이상의 초고강도강 제조에 있어서는, 불순물 S의 입계편석이 강재의 가공성이나 입계취화에 미치는 민감도가 더욱 증가한다.또한 본 발명의 열연강판은 B, Mo 등의 첨가원소에 의하여 페라이트 변태 없이 직접 베이나이트 단상역으로 냉각되기 때문에 베이나이트 노듈라(nodular)를 구성하는 결정입계, 다시 말하여 구 오스테나이트의 결정입계 특성이 재질특성에 미치는 영향은 증대된다.
따라서 본 발명에서는 초고강도강의 입계편석 민감도를 저하시키기 위하여, 강중 S 함량을 0.005% 이하, 바람직하게는 0.003% 이하로 제한함이 유효하다.
상기 보론(B)은 Mn, Mo과 더불어 강의 소입성을 증가시키는 원소로서 본 발명에서 중요한 원소이다. 본 발명에서 첨가된 B은 오스테나이트 입계의 에너지를 낮추어 페라이트 변태를 지연시키는 역할을 하며, 그 결과 베이나이트 혹은 마르텐사이트 변태가 촉진되어 낮은 과냉도에서도 이들 저온변태상이 용이하게 얻어질 수 있도록 한다.
그런데 그 첨가량이 10ppm 미만이면 저온변태상 생성에 의한 강도 상승효과가 미미하며, 40ppm을 초과하면 강도 증가 경향이 포화되므로 본 발명에서는 그 첨가량을 10~40ppm 범위로 제한한다.
다음으로, 본 발명의 열연강판 제조공정을 설명한다.
먼저, 본 발명에서는 상기 조성의 강 슬라브를 마련한후 이를 재가열한다. 바람직하게는 상기 강 슬라브를 1200℃이상의 온도에서 재가열하는 것이다.
이어, 본 발명에서는 상기 재가열된 강슬라브를 Ar3 변태점 이상의 온도에서 마무리 열간압연한다. 바람직하게는, 850℃이상의 온도로 마무리 열간압연하는 것이다.
다음으로, 본 발명에서는 상기 열간압연된 강판을 400~550℃의 온도범위로 냉각한 후 권취한다. 바람직하게는, 상기 열연강판을 냉각함에 있어서 그 냉각속도를 30~100℃/s로 제어함이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 상기 권취온도는 베이나이트 조직화와 미세 석출물의 석출을 통하여 인장강도 및 연신율을 동시 확보하기 위한 유효한 조건이다. 만일 상기 권취온도가 530℃ 보다 높아지면 페라이트와 퍼얼라이트가 공존하는 조직으로 변태되면서 인장강도가 저하되고, 반면 400℃ 미만으로 권취되면 베이나이트상 이외에 마르텐사이트 조직이 형성되면서 인장강도가 1000MPa 이상이나 연신율이 저하되어 본 발명의 인장성질 범위를 충족하지 못할 수 있다.
후속하여, 본 발명에서는 선택적으로 상기 권취된 열연코일을 산세할 수도 있다. 이러한 산세공정은 통상적인 것으로 특정한 방법에 제한되는 것은 아니며, 아울러, 상기 산세처리후 방청을 위하여 강판의 표면에 오일을 도포할 수도 있다.
상술한 바와 같은 강조성성분 및 제조공정으로 제조된 본 발명의 열연강판은, 그 최종 미세조직이 그 최종 미세조직은 TiC, (Ti,Mo)C, (Ti,Nb)C 및/또는 (Ti,Nb,Mo)C로 이루어진 복합석출물중 1종 또는 2종이상으로 석출강화된 베이나이트 단상조직이다. 또한 그 기계적 성질에 있어서는 인장강도 950MPa 이상, 항복강도 800 MPa 이상, 연신율 10% 이상이며, 인장강도×연신율 발란스가 10300 MPa· % 이상인 재질 특성을 제공할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
적용 강종 |
조성성분(wt%) |
비고 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
Ti |
Nb |
Mo |
B |
N |
1 |
0.090 |
0.90 |
1.70 |
0.011 |
12 |
0.033 |
0.15 |
0.033 |
0.21 |
5 |
33 |
비교강 |
2 |
0.092 |
0.65 |
1.72 |
0.011 |
9 |
0.033 |
0.15 |
0.036 |
0.33 |
3 |
37 |
비교강 |
3 |
0.091 |
0.60 |
1.73 |
0.010 |
14 |
0.034 |
0.17 |
0.030 |
0.40 |
2 |
31 |
비교강 |
4 |
0.087 |
0.60 |
1.81 |
0.009 |
11 |
0.037 |
0.14 |
0.029 |
0.19 |
19 |
25 |
발명강 |
강 시 편 No. |
적 용 강 종 |
미 세 조 직 |
마무리 압연온도 (℃) |
권취 온도 (℃) |
인장성질 |
TS × TEL (MPa·%) |
비고 |
항복강도 (MPa) |
인장강도 (MPa) |
균일 연신율 (%) |
총 연신율 (%) |
1 |
1 |
BF |
872 |
470 |
791 |
857 |
9.1 |
14.0 |
11998 |
비교예 |
2 |
2 |
BF |
891 |
464 |
775 |
841 |
8.4 |
14.2 |
11942 |
비교예 |
3 |
3 |
BF |
877 |
488 |
758 |
852 |
7.7 |
13.0 |
11076 |
비교예 |
4 |
4 |
B |
885 |
467 |
947 |
1027 |
7.4 |
12.8 |
13146 |
발명예 |
상기 표 1과 같은 화학성분을 갖는 강 슬라브를 상기 표 2에 제시된 열간압연 및 냉각조건등을 적용하여 최종 판 두께 3.0mm인 열연강판을 제조하였다. 한편, 상기 표 1에서 황, 질소 및 보론함량은 ppm으로 표현하였다.
그리고 상기 제조된 열연강판의 압연방향에 대하여 수직인 방향으로 JIS 5호 인장시편을 제작한 후 상온에서 10mm/min의 속도로 인장하여 평가하였으며, 얻어진 인장성질을 표 2에 나타내었다. 구체적으로, 표 2에서 본 발명예는 인장강도 950MPa 이상, 총연신율 10% 이상을 동시에 충족시키는 경우를, 그리고 동 범위를 벗어나는 경우를 비교예로 나타내었다.
상기 표 1-2에 나타난 바와 같이, 시편(1-3)은 보론 첨가량이 10ppm 이하여서 본 발명에서 소망하는 인장특성을 얻을 수 없으며, 시편(4)는 본 발명의 재질요구 수준을 충족시킴을 알 수 있다.
한편 도 1은 본원발명(C:0.07~0.10%)에서 B 첨가량이 인장강도에 미치는 영향을 나타내는 그림이다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 10ppm 이상의 보론을 첨가하면 950MPa 이상의 인장강도가 얻어지며, 약 20~40ppm의 범위내에서 인장강도의 변화가 1000MPa로 거의 일정함을 알 수 있다.
(실시예 2)
적용 강종 |
조성성분(wt%) |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
Ti |
Nb |
Mo |
B |
N |
5 |
0.091 |
0.75 |
1.32 |
0.012 |
11 |
0.033 |
0.17 |
0.035 |
0.18 |
18 |
35 |
6 |
0.088 |
0.85 |
1.53 |
0.010 |
15 |
0.025 |
0.14 |
0.028 |
0.20 |
22 |
30 |
7 |
0.091 |
0.75 |
1.69 |
0.009 |
22 |
0.033 |
0.13 |
0.033 |
0.19 |
20 |
29 |
8 |
0.075 |
0.60 |
2.09 |
0.012 |
23 |
0.038 |
0.15 |
0.029 |
0.21 |
21 |
36 |
9 |
0.070 |
0.63 |
2.23 |
0.011 |
18 |
0.030 |
0.14 |
0.030 |
0.20 |
18 |
33 |
10 |
0.065 |
0.80 |
1.73 |
0.011 |
28 |
0.036 |
0.15 |
0.035 |
0.22 |
22 |
40 |
11 |
0.045 |
0.83 |
1.70 |
0.010 |
20 |
0.031 |
0.13 |
0.033 |
0.21 |
21 |
28 |
12 |
0.098 |
0.25 |
1.65 |
0.012 |
16 |
0.031 |
0.16 |
0.029 |
0.17 |
18 |
33 |
13 |
0.110 |
0.46 |
1.71 |
0.013 |
19 |
0.033 |
0.17 |
0.030 |
0.20 |
20 |
35 |
14 |
0.105 |
0.68 |
1.71 |
0.011 |
15 |
0.034 |
0.15 |
0.039 |
0.17 |
21 |
36 |
15 |
0.099 |
0.98 |
1.63 |
0.010 |
14 |
0.035 |
0.13 |
0.029 |
0.21 |
21 |
30 |
16 |
0.067 |
0.68 |
1.72 |
0.012 |
18 |
0.029 |
0.13 |
0.035 |
0.08 |
23 |
39 |
17 |
0.070 |
0.67 |
1.71 |
0.010 |
28 |
0.028 |
0.16 |
0.037 |
0.21 |
22 |
34 |
18 |
0.071 |
0.67 |
1.69 |
0.013 |
21 |
0.039 |
0.14 |
0.033 |
0.29 |
16 |
33 |
19 |
0.092 |
0.62 |
1.71 |
0.011 |
15 |
0.031 |
0.13 |
0.035 |
0.09 |
23 |
31 |
20 |
0.085 |
0.63 |
1.75 |
0.011 |
12 |
0.031 |
0.13 |
0.037 |
0.21 |
9 |
20 |
21 |
0.089 |
0.77 |
1.69 |
0.012 |
15 |
0.032 |
0.15 |
0.034 |
0.18 |
32 |
35 |
22 |
0.099 |
0.65 |
1.70 |
0.011 |
22 |
0.034 |
0.08 |
0.033 |
0.19 |
21 |
33 |
23 |
0.110 |
0.67 |
1.72 |
0.013 |
7 |
0.035 |
0.19 |
0.026 |
0.20 |
19 |
30 |
24 |
0.09 |
0.67 |
1.68 |
0.015 |
15 |
0.030 |
0.15 |
0.018 |
0.23 |
20 |
33 |
25 |
0.09 |
0.65 |
1.70 |
0.013 |
11 |
0.031 |
0.15 |
0.047 |
0.21 |
17 |
39 |
강 시 편 No. |
적 용 강 종 |
미 세 조 직 |
마무리 압연온도 (℃) |
권취 온도 (℃) |
인장성질 |
TS × TEL (MPa·%) |
비고 |
항복강도 (MPa) |
인장강도 (MPa) |
균일 연신율 (%) |
총 연신율 (%) |
1 |
5 |
BF |
879 |
489 |
809 |
870 |
6.0 |
10.0 |
8700 |
비교예 |
2 |
6 |
B |
884 |
380 |
987 |
1036 |
4.3 |
8.0 |
8288 |
비교예 |
3 |
6 |
B |
904 |
469 |
965 |
988 |
6.9 |
12.1 |
11955 |
발명예 |
4 |
6 |
BF |
889 |
555 |
870 |
928 |
5.8 |
12.5 |
11600 |
비교예 |
5 |
7 |
B |
880 |
395 |
1019 |
1076 |
5.2 |
9.4 |
10114 |
비교예 |
6 |
7 |
B |
879 |
470 |
878 |
965 |
6.8 |
12.1 |
11677 |
발명예 |
6-1 |
7 |
B |
879 |
470 |
886 |
966 |
6.5 |
11.4 |
11012 |
발명예 |
7 |
7 |
BF |
889 |
560 |
794 |
913 |
7.3 |
12.2 |
11139 |
비교예 |
8 |
8 |
B |
899 |
461 |
980 |
1021 |
5.5 |
10.1 |
10312 |
발명예 |
9 |
9 |
B |
888 |
425 |
1001 |
1080 |
3.7 |
6.8 |
7344 |
비교예 |
10 |
10 |
B |
890 |
410 |
957 |
1021 |
6.4 |
11.1 |
11333 |
발명예 |
11 |
10 |
B |
894 |
500 |
908 |
952 |
6.7 |
10.9 |
10377 |
발명예 |
12 |
11 |
B |
888 |
500 |
897 |
939 |
6.6 |
9.7 |
9108 |
비교예 |
13 |
12 |
B |
870 |
460 |
882 |
917 |
6.0 |
9.7 |
8895 |
비교예 |
14 |
13 |
B |
873 |
454 |
902 |
956 |
6.7 |
10.8 |
10325 |
발명예 |
15 |
14 |
B |
879 |
470 |
878 |
965 |
6.8 |
12.1 |
11677 |
발명예 |
16 |
15 |
B |
870 |
450 |
877 |
993 |
6.3 |
11.0 |
10923 |
발명예 |
17 |
16 |
B |
888 |
460 |
816 |
895 |
7.3 |
11.7 |
10472 |
비교예 |
18 |
17 |
B |
879 |
478 |
937 |
978 |
6.6 |
10.7 |
10465 |
발명예 |
19 |
18 |
B |
899 |
499 |
949 |
998 |
6.1 |
10.1 |
10080 |
발명예 |
20 |
19 |
B |
885 |
428 |
899 |
948 |
6.5 |
11.3 |
10712 |
비교예 |
21 |
20 |
B |
892 |
486 |
868 |
925 |
7.8 |
12.1 |
11193 |
비교예 |
22 |
21 |
B |
883 |
490 |
910 |
996 |
5.9 |
11.2 |
11155 |
발명예 |
23 |
21 |
B |
843 |
461 |
882 |
940 |
5.1 |
10.2 |
9588 |
비교예 |
24 |
22 |
B |
886 |
490 |
866 |
943 |
6.9 |
12.3 |
11599 |
비교예 |
25 |
23 |
B |
877 |
500 |
915 |
977 |
7.3 |
10.7 |
10454 |
발명예 |
26 |
24 |
B |
879 |
455 |
868 |
939 |
7.9 |
12.6 |
11831 |
비교예 |
27 |
25 |
B |
870 |
460 |
910 |
966 |
6.6 |
10.7 |
10336 |
발명예 |
상기 표 3과 같은 화학성분을 갖는 강 슬라브를 상기 표 4에 제시된 열간압연 및 냉각조건등을 적용하여 최종 판 두께 2.5~4.5mm인 열연강판을 제조하였다. 한편, 상기 표 3에서 황, 질소 및 보론함량은 ppm으로 표현하였다.
그리고 상기 제조된 열연강판의 압연방향에 대하여 수직인 방향으로 JIS 5호 인장시편을 제작한 후 상온에서 10mm/min의 속도로 인장하여 평가하였으며, 얻어진 인장성질을 표 4에 나타내었다. 구체적으로, 표 4에서 본 발명예는 인장강도 950MPa 이상, 총연신율 10% 이상을 동시에 충족시키는 경우를, 그리고 동 범위를 벗어나는 경우를 비교예로 나타내었다. 아울러, 표 4의 강시편(6-1)은 열연강판의 표면 산화층을 산세하고 방청을 위하여 오일을 도포하는 산세공정을 통과시켜 산세 열연강판을 제조한 경우를 나타낸다.
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 강조성성분 및 그 제조공정조건이 본 발명범위를 충족하는 본 발명예에 해당하는 강시편(3,6,6-1,8,10,11,14,15,16, 18,19,22,25 및 27)의 경우 모두 소망하는 기계적 물성을 가짐을 알 수 있다.
이에 반하여, 망간 첨가량이 적은 강시편(1)의 경우 인장강도가 충족되지 않으며, 너무 과도하게 첨가된 강시편(9)의 경우는 인장강도는 만족되나 연신율이 저하되었다.
또한 강조성성분은 본 발명 범위내이나 권취온도가 본 발명범위를 벗어난 강시편(2,4,5,7)의 경우, 본 발명에서 요망하는 수준으로 연신율과 인장강도를 동시에 충족하지 못하였다. 그리고 마무리 압연온도가 너무 낮은 강시편(23)은 가공유기석출이 촉진되어 인장강도가 저하되었다.
아울러, 탄소가 0.05%이하로 적게 함유된 강시편(12)에서는 소망하는 인장강도가 얻어지지 않았으며, 몰리브덴의 경우 탄소량에 관계없이 0.1% 이하로 되면 역시 소망하는 인장 강도가 얻어지지 않았다[강시편(17, 20)]. 그리고 C, Si, B함량이 본 발명의 범위 보다 과소하게 함유된 강시편(12,13,21)도 인장강도치가 낮았다. 또한 Ti, Nb 함량이 너무 적은 강시편(24, 26)도 인장강도가 좋지 않았다.
한편, 7번 강종을 이용하여 제조된 산세 열연강판의 경우(강시편 6-1), 인장강도 변화는 거의 없으나 항복강도가 10MPa 정도 상승하고, 연신율 감소는 1% 미만인 인장성질을 나타냄을 알 수 있다.