KR100896586B1 - 고항복강도를 갖는 고강도 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고항복강도를 갖는 고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량%로 C:0.12-0.16%, Mn:1.1-1.3%, Si: 0.2-0.3%, P:0.030%이하, S:0.01%이하, N:0.006%이하, 산가용 Al:0.02-0.05%, Nb:0.025-0.035%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 고항복강도를 갖는 고강도 냉연강판, 및 상기와 같이 조성되는 강을 1170-1230℃로 가열하여 880-920℃에서 열간마무리압연하고, 540-640℃의 온도 범위에서 권취를 행한 다음, 45%이상의 압하율로 냉간압연하고, 750-810℃의 온도범위에서 연속소둔한 후, 0.4-1.4%의 압하율로 조질압연하는 것을 포함하여 이루어지는 고항복강도를 갖는 고강도 냉연강판의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면 Ti를 첨가하지 않고 Nb의 함량도 낯춤으로써 제조원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제강성 표면결함이 적으며, 재결정 소둔온도를 낮추어 항복강도 편차를 적게 함으로써 산업상, 경제적으로 활용가치가 높은 강판을 제공할 수 있다.

고항복강도, 냉연강판, 항복비, 석출강화, 고용강화

Description

고항복강도를 갖는 고강도 냉연강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET HAVING HIGH YIELD STRENGTH, AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 내판재 멤버류 등의 구조부재로 사용되는 항복강도 380MPa급 이상의 고 강도 냉연소둔강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 자동차의 충격 안전성 규제가 확산되면서 차체의 내충격성 향상을 위하여 멤버(Member), 빔(Beam) 및 필라(Pillar) 등의 구조 부재에는 석출경화형 고강도 강판의 적용이 널리 이용되고 있다.

석출경화형 고강도강판은 자동차의 충돌에너지를 흡수하기 위하여 설계되기 때문에 인장강도(TS) 대비 항복강도(YS)가 높은 즉, 항복비(YS/TS)가 높은 것을 특징으로 하고 있다. 이는 자동차 충돌시 충격에너지 흡수라는 측면에서 내충격성 향상을 위한 강판 두께 증가뿐만 아니라 고항복비형 고강도강의 재료가 요구되기 때 문이다.

한편, 이러한 석출강화형 고강도강은 주로 Cu, Nb, Ti, V 등과 같은 탄,질화물 형성원소 첨가에 의한 석출강화 효과에 의해 강도를 향상시키는 강으로, 높은 제조원가로 고강도화를 쉽게 이룰 수 있다. 이러한 기술의 대표적인 것으로 일본 공개특허공보 2001-115210호, 일본 공개특허공보 평3-140412 및 일본 공개특허공보 평11-241119호가 있다.

일본 공개특허공보 2001-115210호에는 저탄소강에 Ti 및 Nb를 적절히 첨가하여 Ar₃ 변태점 이상의 온도에서 열간 압연 후 10℃/sec이상의 냉각속도로 냉각하여 다시 400-700℃ 부근으로 재가열함으로써 인장강도 590MPa이상의 고강도 강판을 제조하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 2001-115210호에서와 같이 Ti 및 Nb 첨가량이 많은 경우에는 Ti 및 Nb에 의한 재결정 온도가 상승함에 따라 소둔 후 코일길이별 재질 편차 발생 가능성이 높을 뿐만 아니라 도금강판 제조시 합금화 불량 발생 가능성이 매우 높다는 문제를 안고 있다.

한편, 일본 공개특허공보 평3-140412호 및 일본 공개특허공보 평11-241119호에는 Cu 석출물을 이용한 석출강화형 고강도강판 제조방법으로, Cu를 0.8중량% 이상 첨가하여 제조하는 기술이 제시되어 있다.

그러나, 이 역시 Cu계 석출물에 의한 도금 강판의 합금화 불량 및 용접성에 문제가 있어 현장 적용에 문제점을 안고 있다.

본 발명자는 상기한 종래기술의 문제점을 개선시키기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 석출강화와 고용강화원소를 동시에 활용함으로써 항복강도 편차가 적고 제조원가가 저렴한 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉연강판은 중량%로 C:0.12-0.16%, Mn:1.1-1.3%, Si: 0.2-0.3%, P:0.030%이하, S:0.01%이하, N:0.006%이하, 산가용 Al:0.02-0.05%, Nb:0.025-0.035%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 냉연강판의 제조방법은 상기와 같이 조성되는 강을 1170-1230℃로 가열하여 880-920℃에서 열간마무리압연하고, 540-640℃의 온도 범위에서 권취를 행한 다음, 45%이상의 압하율로 냉간압연하고, 750-810℃의 온도범위에서 연속소둔한 후, 0.4-1.4%의 압하율로 조질압연하는 것으로 구성된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 Ti을 첨가하지 않고 Nb 첨가량을 낮추고 C, Mn 및 Si의 함량 을 높여 석출강화와 고용강화를 동시에 확보하고 열연 권취온도와 냉연 소둔온도를 하향하여 보다 경제적으로 높은 강도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 항복강도 편차를 저감시킬 수 있는데 특징이 있다.

이하, 성분범위의 한정이유에 대하여 설명한다.

상기 C는 석출물 형성 원소로 중요한 역할을 하며, 그 함량이 0.12중량% 미만의 경우 충분한 석출 효과를 얻을 수 없고, 0.16중량%를 초과하게 되면 제강 연주 공정에서 주편 크랙 발생 가능성이 높아지고 냉간압연시 압연부하가 커지며 소둔 후 냉각시 마르텐사이트 조직이 형성되어 복합조직의 형태를 이루어 목표의 기계적 특성을 확보하기 어렵다. 따라서, C의 함량은 0.12-0.16중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 강중 S를 MnS로 석출시켜 열간압연시 S에 의한 판파단 발생 및 고온취화를 억제시키는 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 본 발명에서는 고용강화에 의한 강도향상을 가져오는 성분으로서, 그 함량이 1.1중량%미만의 경우에는 목적하는 강도 확보가 곤란하고 1.3중량%를 초과하게 되면 목적하는 강도는 확보되나 연신율이 급격한 감소를 가져오고, 소둔시 Mn산화물의 강판표면으로의 용출이 심하여 표면 청정도 및 내산화성에 미치는 영향이 크다. 따라서, Mn의 함량은 1.1-1.3중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 탈산 및 고용강화에 의한 강도향상을 위하여 첨가하는 성분으로서, 그 함량이 0.2중량%미만인 경우에는 첨가효과를 얻을 수 없고, 또한 0.3중량%를 초과하는 경우에는 연속소둔시 산화물이 강판 표면에 농화되어 표면결함을 유발할 우려가 있으므로, 그 함량은 0.2-0.3중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 P는 본 발명 강에서 성형성을 크게 해치지 않으면서 강도확보가 가장 유리한 원소인데, 강중 P의 함량이 많을수록 강도상승에는 매우 유리하지만, 과잉의 P 첨가는 취성파괴 발생가능성을 높여 열간압연 도중 슬라브의 판파단의 발생가능성이 증가될 뿐 아니라, 소둔완료 후 결정입계로의 확산 및 편석이 용이해짐에 따라 성형시 2차가공 취성 발생에 대한 문제점이 커지므로 0.030중량%이하로 하며, 적정강도 확보위해 P성분은 0.020중량% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 S과 N는 강중 불순물로서 불가피하게 첨가되는 원소들이므로 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 하지만, 그 함량들을 적게 관리할수록 강의 정련 비용이 높아진다. 따라서, 조업조건이 가능한 범위인 S의 함량 0.01중량% 이하, N함량 0.006중량% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 탈산을 위해서 첨가되는 원소로서, 그 함량이 산가용 Al 기준으로 0.02중량% 미만의 경우 첨가효과를 충분히 얻을 수 없고 자동차사 용접성 저하 요 인이 되며, 0.05중량%를 초과하는 경우에는 제강 연주 조업시 개재물 과다 형성으로 인한 강판 표면 불량 발생 가능성이 높을 뿐만 아니라 제조 원가 상승을 가져오므로, 그 함량은 0.02-0.05중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Nb은 열간압연중 고용 C를 NbC로 석출시켜 소둔 재결정 중에 결정립 미세화 및 석출물에 의한 강의 강도를 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.025% 미만의 경우 충분한 NbC 석출물이 형성되지 못하여 강도 상승 및 항복비 증가 효과를 얻을 수 없고, 그 함량이 0.035%를 초과하게 되면 연주주편 크랙 발생이 높아지게 되므로, 그 함량은 0.025-0.035%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성되는 본 발명의 냉연강판은 항복강도가 380MPa 이상으로 고항복강도를 갖는다.

이하, 제조 조건에 대하여 설명한다.

본 발명의 냉연강판은 상기와 같이 조성되는 강을 열간압연, 냉간압연, 연속소둔을 통해 제조한다.

먼저, 상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 Nb성분의 완전고용과 열간압연 부하 경감을 위해 가열로에서 Nb 완전고용과 조압연 및 열간마무리 압연성을 위해 1170-1230℃ 가열한다. 1170℃ 이하시 Nb 미고용에 의한 강도하락 및 열간압연시 부하 발생이 되며, 1230℃ 초과시 후속 공정인 열간마무리 압연온도가 높아져 압연롤 표면손상과 강판의 표면 스케일 결함이 심하게 되는 문제가 발생한다. 880-920℃에서 열간마무리압연하고, 통상적인 냉각공정(공냉 또는 수냉)으로 냉각하고(예, 200-400℃/min속도로 공냉), 540- 640℃의 온도 범위에서 권취를 행하여 열연강판을 제조한다. 열간마무리압연시 880℃미만인 경우에는 가공성이 저하될 수 있으며, 920℃를 초과하는 경우에는 결절립이 커저 항복강도 미달이 발생하기 쉬우며, 권취온도가 540℃미만에서는 고용 C를 완전히 석출하지 못하여 석출물 효과가 떨어질 뿐만 아니라 권취시 판 형상 불량의 문제가 나타나며, 권취온도가 640℃를 초과하게 되면 석출물이 조대화 되는 경향을 가지므로 석출물 효과가 크지 않아 항복강도가 낮아지는 경향이 있다.

냉연강판의 두께가 0.6-1.19mm인 경우에는 열연권취온도 600-640℃, 냉연강판의 두께가 1.2-1.79mm인 경우에는 열연권취온도 560- 600℃, 그리고 냉연강판의 두께가 1.8-2.5mm인 경우에는 열연권취온도 540-580℃ 제조함이 보다 바람직하다. 이는 냉연강판의 두께증가시 항복강도가 감소하여 불량이 발생하는 것을 방지하고 두께간 편차를 감소하는데 그 목적이 있다.

상기와 같이 제조된 열연강판은 산세 처리한 후, 냉간압연 한다.

냉간압연은 압하율을 45%이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 45%미만시 석출물 핵생성을 위한 임계 핵생성 사이트의 감소로 충분한 석출물이 형성되지 않는다. 즉, 재결정온도가 상승하여 강판의 재질편차가 커지는 문제점이 있다. 보다 바람직하게 냉간압연은 압하율을 45~65%로 설정하는 것이 바람직하다. 65% 이상 압연시 열연소재를 냉간압연시 압연부하로 작업이 곤란하게 되는 문제점이 있을 수 있다.

다음으로 냉연강판을 연속소둔라인에서 재결정온도 이상으로 소둔 열처리한다. 재결정소둔은 750-810℃에서 행하는 것이 바람직하다. 소둔온도가 750℃미만의 경우 이 소둔온도가 미재결정 영역으로 코일내 재질 편차가 매우 높아 강판을 실용화할 수 없으며, 810℃ 초과의 조건에서는 고온 소둔에 따른 석출물 조대화 경향으로 충분한 석출 효과가 나타나지 않아 항복강도가 기준에 미달 되는 경우가 발생한다.

상기 냉연강판의 두께가 0.6-1.19mm인 경우에는 재결정소둔온도는 770-810℃로, 상기 냉연강판의 두께가 1.2-1.79mm인 경우에는 재결정소둔온도는 760-800℃로 하고, 그리고 두께가 1.8-2.5mm인 냉연강판의 제조방법에서는 재결정소둔온도는 750-790℃로 설정하는 것이 보다 바람직하며, 상기와 같이 제한하므로써, 냉연강판의 두께증가에 따른 소둔시간 증가로 인한 항복강도 미달 방지와 편차를 보다 저감시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 하기 표 2와 같은 조건으로 열간압연, 냉간압연, 용융아연도금 및 조질압연을 행하고, 기계적 특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

표 2의 조건 이외의 공정은 통상적인 방법에 따라 행하였다.

하기 표 3의 기계적 특성값은 인장시험시편이 압연방향과 평행인 시편에 대한 값이다.

[표 1] 종래 및 발명강의 소강성분 목표치 : 단위 wt％

구 분	C	Mn	Si	P	Sol-Al	N(ppm)	Ti	Nb
종래강	0.08	0.9	-	0.02	0.035	50	0.03	0.04
발명강	0.14	1.2	0.25	0.02	0.035	50	-	0.03

[표 2] 종래 및 발명강의 열연, 냉연소둔 제조조건

구분	냉연두께(mm)	가열로 추출온도(℃)	열연마무리 압연온도(℃)	열연권취온도 (℃)	소둔온도 (℃)	SPM 신율(％)
종래강	0.6-2.3	1190	900	620	800-830	1.0-1.4
발명강	0.6≤두께<1.2	1170-1230	880-920	600 - 640	770 -810	0.8-1.4
발명강	1.2≤두께<1.8	1170-1230	880-920	560 - 600	760 -800	0.5-1.2
발명강	1.8≤두께<2.5	1170-1230	880-920	540 - 580	750 -790	0.4-1.0

[표 3] 종래 및 발명 강판의 기계적 특성

구분	냉연두께(mm)	항복강도(Mpa)		인장강도(Mpa)		연신율(％)		항복강도 불량율(％)
		평균	편차	평균	편차	평균	편차
종래강	0.6≤두께<1.2	381	29.7	493	11.1	26.7	1.4	73.3
	1.2≤두께<1.8	369	25.5	498	15.2	26.4	1.5
	1.8≤두께<2.5	370	34.4	501	18.3	25.9	1.2
발명강	0.6≤두께<1.2	429	12.3	575	7.8	25	1.0	1.0
	1.2≤두께<1.8	403	19.8	572	7.0	25	1.3
	1.8≤두께<2.5	398		567		27

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명재는 항복강도가 높을 뿐만 아니라 재질편차도 적고, 항복강도 기준을 잘 충족시키고 있음을 알 수 있다.

또한 종래강은 코일 압연연방향과 직각방향의 항복강도 차이가 26MPa이나, 발명강은 9.0Mpa로 재질편차가 작아 우수하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 Ti를 첨가하지 않고 Nb의 함량도 낯춤으로써 제조원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제강성 표면결함이 적으며, 재결정 소둔온도를 낮추어 항복강도 편차를 적게 함으로써 산업상, 경제적으로 활용가치가 높은 강판을 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 중량%로 C:0.12-0.16%, Mn:1.1-1.3%, Si: 0.2-0.3%, P:0.030%이하, S:0.01%이하, N:0.006%이하, 산가용 Al:0.02-0.05%, Nb:0.025-0.035%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 항복강도가 380MPa 이상인 것을 특징으로 하는 고항복강도를 갖는 고강도 냉연강판.
2. 삭제
3. 중량%로 C:0.12-0.16%, Mn:1.1-1.3%, Si: 0.2-0.3%, P:0.030%이하, S:0.01%이하, N:0.006%이하, 산가용 Al:0.02-0.05%, Nb:0.025-0.035%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 1170-1230℃로 가열하여 880-920℃에서 열간마무리압연하고, 540-640℃의 온도 범위에서 권취를 행한 다음, 45%이상의 압하율로 냉간압연하고, 750-810℃의 온도범위에서 연속소둔한 후, 0.4-1.4%의 압하율로 조질압연하는 것을 포함하여 이루어지며,

   냉연강판의 두께가 0.6-1.19mm인 경우에는 권취온도: 600-640℃, 소둔온도: 770-810℃ 및 조질압연 압하율: 0.8-1.4%의 조건에서 수행되며,

   냉연강판의 두께가 1.2-1.79mm인 경우에는 권취온도: 560-600℃, 소둔온도: 760-800℃ 및 조질압연 압하율: 0.5-1.2%의 조건에서 수행되며, 그리고

   냉연강판의 두께가 1.8-2.5mm인 경우에는 권취온도: 540-580℃, 소둔온도: 750-790℃ 및 조질압연 압하율: 0.4-1.0%의 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고항복강도를 갖는 고강도 냉연강판의 제조방법.
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