본 발명은 종래기술에 대하여 C, Mn 함량을 감소함으로써 성분규제사항을 충족시키고 용접성을 향상시킬 수 있으며, 원가절감에도 기여할 수 있다. 이 경우 C, Mn 감소로 인한 강도하락은 열연 권취온도를 540~580℃로 저온 권취함으로서 소재인 열연강판조직의 입자미세화로 강도를 향상시키고 또한 냉연소둔 및 용융아연도금공정에서 소둔온도와 조질압하율을 적절히 제어함으로써 목표하는 항복강도 및 인장강 도를 동시에 확보할 수 있다.
이하 본 발명의 조성범위에 대하여 설명한다.
C의 함량: 0.07~0.09% (이하, 중량%)
본 발명에서 C는 석출물 형성 원소로서 중요한 역할을 한다. C의 함량이 0.07% 미만일 경우에는 충분한 석출 효과를 얻을 수 없고, 반면 0.09%를 초과하면 연주 공정에서 주편의 크랙 발생 가능성이 높아지는 크랙 민감영역에 포함되므로 슬라브 제조에 어려움이 따르며 자동차상의 C성분 함량기준을 충족하지 못하게 된다. 따라서, C의 함량은 0.07~0.09%로 제한된다.
Mn의 함량: 1.0~1.2%
Mn은 강중 S를 MnS로 석출시켜 열간압연시 S에 의한 판파단 발생 및 고온취화를 억제시키는 중요한 역할을 한다. 나아가 본 발명에서 Mn은 고용강화에 의하여 강도를 향상시키는 작용을 한다. Mn의 함량이 1.0% 미만일 경우에는 목적하는 강도의 확보가 곤란해지며, 반면 1.2%를 초과하게 되면 목적하는 강도는 확보되나 연신율이 급격히 감소되고 또한 자동차사 성분기준 초과 및 용접성이 열위하게 되며, 소둔시 강판 표면에 Mn산화물의 용출이 심하게 나타나므로 표면 청정도 및 내산화성에 좋지 않게 된다. 따라서, Mn의 함량은 1.0~1.2%로 제한된다.
Si의 함량: 0.10~0.30%
Si은 탈산 및 고용강화를 통하여 강도를 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.10% 미만이면 강도 향상의 효과를 얻을 수 없고, 반면 0.30%를 초과하는 경우에는 열간압연시 적스케일 표면결함이 심해지며, 용접성을 나타내는 지표인 Ceq(중량%, C + (Mn + Si)/6 )가 커지게 되어 용접성이 나빠질 뿐만 아니라 도금성이 열화될 수 있으므로, Si는 0.10~0.30% 첨가한다.
P의 함량: 0.015~0.025%
P는 성형성을 크게 해치지 않으면서 강도확보를 일으키는 원소에 해당된다. P가 0.015% 미만시 강도확보가 어렵게 되는 문제가 있다. 강중 P의 함량이 많아지면 강도상승에는 매우 유리하지만, P의 0.025% 초과시 상온 취성파괴 발생 가능성을 높여 슬라브의 열간압연 도중 판파단 발생가능성이 증가하며, 소둔완료 후 결정입계로의 확산 및 편석이 용이해지므로 성형시 2차가공 취성 발생에 대한 문제점이 커지게 된다. 따라서 P의 함량은 0.015~0.025%로 제한한다.
S의 함량: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음), N의 함량: 0.006% 이하(0%를 포함하지 않음)
S과 N는 강중 불순물로서 불가피하게 첨가되는 원소들이므로 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 하지만, 그 함량들을 낮게 관리할수록 정련 비용이 높아지므로 경제성을 고려하여 조업조건이 가능한 범위인 S의 함량 0.01% 이하, N은 강도 확보에 유리한 저강의 원소로서 질화물 형성 원소로 강도확보에 유리한 0.006% 이하로 조절한다.
Nb의 함량: 0.02~0.04%
Nb은 열간압연중 고용 C를 NbC로 석출시켜 소둔 재결정 중에 결정립 미세화 및 석출물에 의한 강의 강도를 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.02% 미만의 경우 충분한 NbC석출물이 형성되지 못하여 강도 상승 및 항복비 증가 효과를 얻을 수 없고, 그 함량이 0.04%를 초과하게 되면 연주주편 크랙 발생이 높아지며 제조원가 증가와 항복강도 편차가 커지게 되므로, 그 함량은 0.02~0.04%로 제한하는 것이 바람직하다.
산가용 Al의 함량: 0.02~0.05%
산가용 Al은 탈산을 위해서 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.02% 미만의 경우 첨가효과가 충분하지 않고, 자동차강판 성형후 용접시 용접강도 확보에 불리하며, 0.05%를 초과하는 경우에는 제강 연주 조업시 개재물 과다 형성으로 인한 강판 표면 불량, 합금화 및 용융아연도금강판의 표면 품질 저하 및 제조 원가의 상승을 가져오므로, 그 함량은 0.02~0.05%로 한정한다.
본 발명은 상기한 성분 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 고강도 냉연강판 또는 용융아연도금강판은 상기 조성범위의 강 슬라브를 열간압연, 냉간압연 및 재결정 소둔 열처리하여 제조한다. 상기 냉간압연강판을 연속 소둔처리하여 냉연강판을 제조하거나, 연속 소둔처리 및 용융아연도금 공정을 통해 용융아연도금강판으로 제공될 수 있다.
먼저, 본 발명에서는 상기 성분범위로 조성되는 강 슬라브를 1180~1220℃로 가열한 후 890~930℃에서 열간 마무리압연하고, 540~580℃의 온도 범위에서 저온권취를 행하여 열연강판을 제조한다. 이와같이 제조된 열연강판은 산세 처리하여 열연강판 표면의 스케일층을 제거한 후, 45% 이상의 압하율로 냉간압연하고 780~830℃의 온도 범위에서 재결정 소둔 열처리 및 0.5~1.4% 범위에서 조질압연하여 냉연강판으로 제조된다.
나아가, 용융아연도금강판의 경우는 상기 냉간압연강판을 용융아연도금을 하여 제조한다. 이 때, 용융아연도금욕의 일반적인 조건으로 도금을 하게 되는데, 용융아연도금욕의 성분조성은 Al 0.12~0.23%, Fe농도는 0.04%이하, Pb는 0.01%이하, 도금욕의 온도는 440~490℃로 한다.
제조방법을 단계별로 살펴보면 다음과 같다.
(1) 강 슬라브를 1180~1220℃로 가열하는 가열 단계;
강 슬라브 가열온도의 경우, 가열로 추출온도가 1180℃ 미만이면 열연 마무리압연시 압연부하가 발생 할 수 있으며, 1220℃를 초과하는 경우에는 열연소재 표면에 여러종류의 스케일 결함이 발생할 수 있으므로, 가열로 추출 온도는 1180~1220℃로 조절한다.
(2) 890~930℃에서 열간마무리 압연하는 열간마무리 압연 단계;
열간마무리 압연온도의 경우, 890℃ 미만시 압연부하가 발생할 수 있으며 930℃ 초과시에는 열연소재에 스케일 등 표면 결함이 발생할 수 있고 입자의 불균일화 및 조대화로 인한 최종제품 생산 단계에서의 강도가 적정 수준에 미달될 수 있으므로, 열간마무리 압연온도는 890~930℃로 조절한다.
(3) 540~580℃의 온도 범위에서 권취하는 저온권취 단계;
권취온도의 경우, 권취온도가 540℃ 미만에서 고용 C가 완전히 석출되지 못하여 석출 및 고용강화 효과가 저하되고 권취시 판 형상 불량의 문제가 나타날 수 있으며, 권취온도 적중율이 저하될 수 있다. 반면, 권취온도가 580℃를 초과하게 되면 석출물이 조대화 되는 경향을 가져 석출 강화 효과가 불충분하며 항복비가 낮아지고 항복강도 미달이 발생할 수 있다. 따라서, 권취온도는 1180~1220℃로 한정한다.
또한, 540~580℃에서 열연 저온 권취를 행하는 경우, Ferrite 입자 미세화로 항복강도의 상승 및 인장시편 코일 길이 방향 및 폭 방향간의 항복강도 편차가 감소하여 전 세계 자동차회사의 요구기준 충족에 유리하다.
(4) 45%이상의 압하율로 압연하는 냉간압연 단계;
권취된 강판은 압하율 45% 이상으로 냉간압연되는데, 상기 냉간압연의 압하율이 45% 미만인 경우에는 석출물 핵생성을 위한 임계 핵생성 사이트의 감소로 충분한 석출물이 형성되지 않으며, 재결정온도가 높아져 항복강도의 편차가 증가하여 적정 강도 확보에 매우 불리 할 수 있다.
(5) 냉연강판은 780~830℃의 온도범위에서, 용융아연도금강판은 770~820℃ 재결정 소둔하는 재결정 소둔 단계;
이 범위에서 재결정소둔은 항복강도의 불량 및 편차를 감소시킬 수 있기 때문이다. 만일 소둔온도가 미재결정 영역 온도인 냉연강판 780℃, 용융아연도금강판 770℃ 미만인 경우, 코일내 재질 편차가 높아져 적정 항복강도를 초과할 수 있으며, 반면 냉연강판 830℃, 용융아연도금강판은 820℃를 초과하는 경우에는 고온 소둔에 따른 석출물 조대화 경향으로 충분한 석출 효과가 나타나지 않아 항복강도가 낮아지는 문제가 발생하게 된다. 냉연강판과 용융아연도금강판의 적정 소둔온도 범위가 다른 이유는 냉연강판을 생산하는 연속소둔설비의 가열능력이 용융아연도금 연속소둔열처리 설비보다 가열능력이 우수하기 때문이다.
하기 표1은 냉연강판, 용융아연도금강판 각각에 대하여 강판두께에 따른 재결정 소둔온도를 나타내고 있다.
제품 |
강판두께(mm) |
소둔온도(℃) |
조질압하율(%) |
냉연강판 항복강도 380 MPa 보증강(CR) |
0.6≤T< 1.2 |
815±15 |
0.6~1.4 |
1.2≤T< 1.8 |
805±15 |
0.5~1.2 |
1.8≤T< 2.31 |
795±15 |
0.5~1.0 |
용융아연도금강판 항복강도 380 MPa 보증강(CG) |
0.6≤T< 1.2 |
805±15 |
1.0~1.6 |
1.2≤T< 1.8 |
795±15 |
0.8~1.5 |
1.8≤T< 2.31 |
785±15 |
0.6~1.4 |
단, CR: 냉연강판 , CG: 용융아연도금강판, T: 강판두께
(6) 냉연강판은 0.5~1.4%, 용융아연도금강판은 0.6~1.6%의 압하율로 압연하는 조질압연 단계;
조질압연의 압하율은 냉연강판은 0.5~1.4%, 용융아연도금강판은 0.6~1.6%로 하게 되는데, 냉연강판인 경우 0.5%, 용융아연도금강판인 경우 0.6% 미만이면 항복점 연신현상이 심하여 항복강도의 Max 기준인 460MPa를 초과 문제가 발생하며, 반면 냉연강판인 경우 1.4%, 용융아연도금강판인 경우 1.6% 초과하면 조질압연시 압연부하로 작업곤란 및 강판의 연신율 하락 등의 문제가 발생하므로 냉연강판은 0.5~1.4%, 용융아연도금강판은 0.6~1.6%로 제한한다. 냉연강판과 용융아연도금강판의 적절 조질압연범위가 다른 이유는 각 강판을 생산하는 열처리 및 조질압연설비가 상이하여 최적의 강판 재질을 확보하기 위함이다.
나아가, 용융아연도금강판의 경우 상기 방법에 의해 제조된 냉간압연강판을 용융아연도금을 하여 제조한다. 이 때, 용융아연도금욕의 일반적인 조건으로 도금을 하게 되는데, 용융아연도금욕의 성분조성은 Al 0.12~0.23%, Fe농도는 0.04%이하, Pb는 0.01%이하, 도금욕의 온도는 440~490℃로 한다.
상기 제조방법에 의하여 제조된 강판의 경우, 탄소당량(Ceq)이 0.31 이하이다.
(단, Ceq = C + (Mn + Si)/6) 탄소당량이 낮아질수록 용접성에 유리한데,
0.31을 초과할 경우에는 용접성이 열위해지며, 자동차회사의 기준을 충족하지 못하여 공급이 곤란해지는 문제가 발생한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
하기 표2의 성분을 포함하는 각각의 강 슬라브를 하기 표3의 조건으로 열간압연, 냉간압연, 용융아연도금 및 조질압연을 실시하고 기계적 특성을 측정하였다. 하기 표4는 측정된 강판의 기계적 특성을 나타낸다.
구분 |
화학성분 조성(중량%) |
|
C |
Mn |
Si |
P |
S |
S-Al |
N |
Nb |
Ceq |
비교강1(CR) |
0.146 |
1.18 |
0.253 |
0.0192 |
0.0063 |
0.047 |
0.0039 |
0.032 |
0.384 |
비교강2(CR) |
0.127 |
1.15 |
0.248 |
0.0175 |
0.0045 |
0.035 |
0.0038 |
0.030 |
0.360 |
비교강3(CG) |
0.135 |
1.20 |
0.242 |
0.0185 |
0.0073 |
0.030 |
0.0040 |
0.029 |
0.375 |
비교강4(CG) |
0.137 |
1.21 |
0.266 |
0.0197 |
0.0061 |
0.032 |
0.0035 |
0.028 |
0.383 |
발명강1(CR) |
0.0773 |
1.05 |
0.163 |
0.0189 |
0.0030 |
0.046 |
0.0030 |
0.034 |
0.279 |
발명강2(CR) |
0.0772 |
1.083 |
0.205 |
0.0201 |
0.0048 |
0.039 |
0.0032 |
0.034 |
0.292 |
발명강3(CG) |
0.0797 |
1.06 |
0.121 |
0.0184 |
0.0073 |
0.033 |
0.0036 |
0.033 |
0.277 |
발명강4(CG) |
0.0817 |
1.11 |
0.242 |
0.0179 |
0.0043 |
0.030 |
0.0034 |
0.032 |
0.307 |
상기 표2에 나타난 바와 같이, 용접성의 지표인 Ceq는 비교강의 경우, 0.360~0.384 인데 비하여 발명강의 Ceq는 0.277~0.307로 감소하므로, 자동차사 성분기준 충족 및 용접성을 만족시킬 수 있다.
구분 |
냉연강판 두께(mm) (인장시편) |
가열로 추출온도(℃) |
마무리 압연온도(℃) |
열연 권취온도(℃) |
소둔온도(℃) |
조질압하율(%) |
비교강1(CR) |
1.0 (L06) |
1200 |
909 |
623 |
792 |
0.97 |
비교강2(CR) |
1.5(L06) |
1201 |
908 |
581 |
780 |
0.85 |
비교강3(CG) |
1.5(L06) |
1198 |
910 |
579 |
779 |
0.81 |
비교강4(CG) |
2.0(L06) |
1197 |
907 |
569 |
770 |
0.65 |
발명강1(CR) |
1.0(C05) |
1195 |
907 |
562 |
809 |
1.09 |
발명강2(CR) |
1.5(L05) |
1200 |
910 |
548 |
806 |
1.02 |
발명강3(CG) |
0.9(C05) |
1201 |
909 |
558 |
820 |
1.33 |
발명강4(CG) |
1.5(C05) |
1197 |
908 |
560 |
810 |
1.12 |
단, 인장시편 L06(코일길이방향, ASTM시편), C05(코일길이 직각방향, DIN시편)
구분 |
강판두께(mm) |
항복강도(MPa) |
인장강도(MPa) |
연신율(%) |
항복비(%) |
비교강1(CR) |
1.0 |
398 |
571 |
24 |
70 |
비교강2(CR) |
1.5 |
401 |
575 |
22 |
70 |
비교강3(CG) |
1.5 |
410 |
552 |
26 |
74 |
비교강4(CG) |
2.0 |
369 |
535 |
25 |
65 |
발명강1(CR) |
1.0 |
415 |
535 |
26 |
78 |
발명강2(CR) |
1.5 |
406 |
524 |
26 |
78 |
발명강3(CG) |
0.9 |
431 |
522 |
25 |
83 |
발명강4(CG) |
1.5 |
430 |
537 |
26 |
80 |
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 발명강은 항복강도가 406~430MPa의 고강도이고, 항복비가 75% 이상을 나타내고 있음을 알 수 있다.