KR101024775B1 - 가공성이 우수한 연질 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공성이 우수한 연질 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 중량 %로 탄소(C) : 0.005~0.01%, 질소(N) : 0.005~0.01%, 황(S) : 0.01%이하, 망간(Mn) : 0.15% 이하, 인(P) : 0.02% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 구리(Cu) : 0.05~0.20%, 주석(Sn) : 0.008~0.02%, 니켈(Ni): 0 초과 0.07% 이하, 크롬(Cr) : 0 초과 0.07% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02%, 티타늄(Ti) : 0.037~0.07%, 니오븀(Nb) : 0.019~0.05%을 포함하고, 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖고, 상기 티타늄(Ti)의 함량은 0.037~0.07% 범위와 식 Ti≥4C + 3.4N + 1.5S의 조건을 동시에 만족하고, 상기 니오븀(Nb)의 함량은 0.019~0.05% 범위와 식 Nb≥0.5C * (93/12)의 조건을 동시에 만족한다. 본 발명에 의하면 도금성, 내시효 특성, 성형성이 우수한 연질 냉연강판을 제조할 수 있는 함금설계가 가능하다. 따라서 소비자의 욕구를 반영한 다양한 디자인의 제품에 적용할 수 있는 유용한 효과가 있다.
냉연강판, 성형성, 도금성, 내시효 특성

Description

가공성이 우수한 연질 냉연강판 및 그 제조방법{Cold-rolled steel sheet with good formability, and method for producing the same}
본 발명은 연질 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불순물(Cu, Sn, Ni, Cr)의 함량이 높음에도 불구하고 높은 연신율과 우수한 r-value가 확보되고 320MPa 이상의 인장강도를 가지는 가공성이 우수한 연질 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 업계의 연구관심은 환경오염과 경량화에 집중되고 있으며, 자동차 디자인이 복잡해지고 소비자의 욕구가 다양화됨에 따라 가공성과 성형성이 우수한 강판을 요구하고 있다.
자동차의 외판재로 사용되는 냉연강판의 경우에는 내덴트(dent)성, 형상동결성 및 프레스 가공성 등의 다양한 특성이 요구되고, 내판재로 사용되는 냉연강판의 경우에는 복잡한 형상의 제조가 필요하므로 고성형성이 요구된다. 따라서 내판재의 가공성 및 고성형성을 확보하기 위한 여러 각도의 다양한 접근 방법이 존재한다.
특히, 자동차용 내판재로서 사용되는 냉연강판은 고성형성이 요구되는데, 이외에도 복잡한 형상을 성형할 수 있는 가공성, 우수한 도금성, 내시효 특성 등이 요구된다.
그 예로 종래에는 알루미늄킬드(Al-killed) 저탄소강을 상소둔방식으로 제조하여 성형성을 확보하였고, 최근에는 극저탄소강에 탄질화물 형성원소인 티타늄(Ti), 니오븀(Nb)을 첨가하여 페라이트(Ferrite) 내에 존재하는 고용원소인 탄소(C)와 질소(N)를 석출물로 석출시켜 충분한 가공성을 확보하고 있다.
이와 같이 자동차의 내판재로 사용되는 냉연강판은 우수한 성형성이 요구되므로 딥드로잉(Deep Drawing)성을 높이기 위하여 탄소(C), 질소(N)와 같은 고용원소를 최소화하여 소둔 시에 딥드로잉성에 유리한 (111)집합조직을 발달시키는 방법을 널리 이용하고 있다.
하지만 강제에 탄소(C)와 질소(N) 등의 미량원소의 성분을 과도하게 낮추는 것은 제강원가의 상승에 의한 제조원가를 증가시킨다. 그리고 상기 탄소(C)와 질소(N) 등의 미량원소의 성분이 너무 낮게 관리되면 소둔 후 결정립 사이즈가 조대해지므로 항복강도가 낮아지고 오렌지필(orange peel)과 같은 표면결함 등이 발생할 수 있다.
따라서 냉연강판의 우수한 성형성을 확보하기 위해서는 높은 평균소성변형비(rm)와 낮은 평면이방성계수(△r) 값을 확보해야 한다.
평균소성변형비(rm)와 평면이방성계수(△r)를 구하는 식은 다음과 같다.
rm = (r0 + 2r45 + r90) / 4
△r = (r0 - 2r45 + r90) / 2
여기서 r0는 압연방향, r45압연의 대각선방향, r90압연의 수직방향 값을 나타낸다.
평균소성변형비(rm)가 높다는 것은 딥드로잉(deep darwing)성이 우수하여 복잡한 형상을 쉽게 가공할 수 있음을 의미하고, 평면이방성계수값(△r)이 낮다는 것은 판재의 면방향으로 변형률 분포가 균일하다는 것을 의미한다. 즉, 높은 평균소성변형비(rm)와 낮은 평면이방성계수값(△r)은 성형 후 변형이 균일하여 원하는 부품으로 제조가 용이하고 형상동결성이 우수하다는 것을 의미한다.
평면이방성계수값(△r)를 낮추기 위한 방법은 일본 특허공개공보 평4-95392와 2001-316727 등에 기재되어 있다.
일본 특허공개공보 평4-95392와 2001-316727에 제시된 기술은 열간압연단계에서 사상압연후 급냉을 하여 열연 결정립을 미세화시켜 평면이방성계수(△r)를 낮추는 기술이다. 이 기술은 이론적으로는 가능하지만 사상압연을 통과한 강제를 아주 짧은 시간내에 냉각을 시켜야 하므로 사상압연 후 강제를 바로 냉각을 시킬 수 있는 설비가 필요한 문제점이 있다.
또한, 강제가 충분한 성형성을 가지기 위해서는 높은 r(소성변형비)값을 확보해야 한다. r값은 성형성을 나타내는 지수로 r값을 높이기 위해서는 강 중에 존재하고 있는 고용원소인 탄소(C)와 질소(N)의 함량을 낮추어야 한다. 상기 강 중에 존재하고 있는 고용원소인 탄소(C)와 질소(N)는 티타늄(Ti)와 니오븀(Nb)의 첨가에 의해 제거된다. 즉, 강내에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb)을 첨가하여 강 중에 존재하는 탄소(C)와 질소(N) 등의 고용원소를 석출물로 석출시킴으로서 충분한 r값을 확보하는 것이다. 보통, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb)의 복합계인 경우 티타늄(Ti)는 200ppm, 니오븀(Nb)은 100ppm 정도 투입된다.
하지만 상술한 방법은 강 내에 존재하는 탄소(C)와 질소(N)가 충분히 제거되지 않고 고용원소로 존재하게 되면 시효현상을 발생한다. 시효현상은 강 중 탄소가 시간이 경과함에 따라 움직여 전위를 구속함으로써 변형 중 항복점 연신이 나타나는 현상이다. 이러한 시효현상은 스트레쳐 스트레인(Strecher Strain)이라는 결함을 유발한다. 따라서 고성형성을 요하는 연질의 냉연강판을 제조하기 하기에는 현실적으로 어렵다.
그리고, 불순물 원소인 주석(Sn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등이 첨가되어 있는 경우에는 충분한 연신율과 r값을 확보하기가 어렵다.
미니밀 공정(전기로 공정)의 경우 스크랩이 주원료이므로 상기한 불순물 원소들이 부득이하게 첨가된다. 불순물 원소인 주석(Sn)의 경우 첨가량이 0.01% 이상만 되어도 강제의 강도가 급격하게 상승하고 연신율 및 r값이 급격하게 감소된다. 그리고 주석(Sn)은 1200℃ 이하에서는 고온 크랙이 발생하므로 작업하는데 어려움이 있다. 구리(Cu) 또한 고온 크랙을 유발하여 작업시 어려움을 유발시킨다. 따라서 상기 불순물이 포함되어 있는 미니밀 공정의 경우 고성형성을 요하는 연질의 냉연강판을 제조하는 것이 어렵다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 탄소 및 질소 성분 함량이 높은 수준인 50ppm 이상의 극저탄소강에서 높은 연신율과 우수한 r-value가 확보되도록, 탄소와 질소의 고용원소를 제어하는 연질 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 불순물 원소(Sn, Cu, Ni, Cr 등)가 포함되더라도 우수한 연신율과 높은 r값이 확보되도록 합금원소를 제어하는 연질 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 중량 %로 탄소(C) : 0.005~0.01%, 질소(N) : 0.005~0.01%, 황(S) : 0.01%이하, 망간(Mn) : 0.15% 이하, 인(P) : 0.02% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 구리(Cu) : 0.05~0.20%, 주석(Sn) : 0.008~0.02%, 니켈(Ni): 0 초과 0.07% 이하, 크롬(Cr) : 0 초과 0.07% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02%, 티타늄(Ti) : 0.037~0.07%, 니오븀(Nb) : 0.019~0.05%을 포함하고, 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖고, 상기 티타늄(Ti)의 함량은 0.037~0.07% 범위와 식 Ti≥4C + 3.4N + 1.5S의 조건을 동시에 만족하고, 상기 니오븀(Nb)의 함량은 0.019~0.05% 범위와 식 Nb≥0.5C * (93/12)의 조건을 동시에 만족한다.
중량 %로 탄소(C) : 0.005~0.01%, 질소(N) : 0.005~0.01%, 황(S) : 0.01%이하, 망간(Mn) : 0.15% 이하, 인(P) : 0.02% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 구리(Cu) : 0.05~0.20%, 주석(Sn) : 0.008~0.02%, 니켈(Ni): 0 초과 0.07% 이하, 크롬(Cr) : 0 초과 0.07% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02%, 티타늄(Ti) : 0.037~0.07%, 니오븀(Nb) : 0.019~0.05%을 포함하고, 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖되, 상기 티타늄(Ti)의 함량은 0.037~0.07% 범위와 식 Ti≥4C + 3.4N + 1.5S의 조건을 동시에 만족하고, 상기 니오븀(Nb)의 함량은 0.019~0.05% 범위와 식 Nb≥0.5C * (93/12)의 조건을 동시에 만족하는 강슬라브를 Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 1-2시간 유지하고, Ar3점 이상에서 열간 마무리 압연하여 600~720℃의 온도에서 권취한 후, 냉간압연하고 소둔한다.
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상기 냉간압연은 30~80%의 압하율로 실시한다.
본 발명에서는 티타늄(Ti)과 니오븀(Nb)을 첨가하여 탄소와 질소의 고용원소를 TiN, NbC등의 석출물로 석출시키고, 몰리브덴(Mo)을 첨가하여 나머지 강 중의 고용원소도 충분히 제거한다.
또한, 본 발명에서는 종래의 강도향상을 목적으로 첨가한 망간(Mn)과 인(P)의 원소의 함량을 최대한으로 낮추어 불순물 원소(Cu, Sn, Ni, Cr)가 불가피하게 첨가되더라도 강도가 급격하게 상승하는 것을 방지한다.
따라서 본 발명은 50ppm 이상의 극저탄소강을 이용하더라도 충분한 연신율과 1.7이상의 r값이 확보되는 가공성이 우수한 냉연강판을 제조할 수 있다. 특히, 몰리브덴은 도금특성이 우수하므로 내시효성, 성형성뿐만 아니라 도금성이 우수한 연질 냉연강판을 제조할 수 있어 소비자의 욕구를 반영한 다양한 디자인의 자동차용 강판을 생산할 수 있고, 고성형성을 이용하여 원하는 부품으로 제조가 용이한 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 가공성이 우수한 연질 냉연강판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 중량 %로 탄소(C) : 0.005~0.01%, 질소(N) : 0.005~0.01%, 황(S) : 0.01%이하, 망간(Mn) : 0.15% 이하, 인(P) : 0.02% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 구리(Cu) : 0.05~0.20%, 주석(Sn) : 0.008~0.02%, 니켈(Ni): 0 초과 0.07% 이하, 크롬(Cr) : 0 초과 0.07% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02%, 티타늄(Ti) : 0.037~0.07%, 니오븀(Nb) : 0.019~0.05%을 포함하고, 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖고, 상기 티타늄(Ti)의 함량은 0.037~0.07% 범위와 식 Ti≥4C + 3.4N + 1.5S의 조건을 동시에 만족하고, 상기 니오븀(Nb)의 함량은 0.019~0.05% 범위와 식 Nb≥0.5C * (93/12)의 조건을 동시에 만족한다.
본 발명은 상기 중량 %의 합금원소 및 불가피하게 포함되는 불순물을 포함하는 강슬라브를 재가열, 열간압연, 냉간압연 하여서 270MPa급의 이상의 인장강도와 비시효 특성 및 우수한 연신율과 우수한 r-value(소성변형비)가 확보되도록 하는 것이다.
더 상세히 설명하면 성형성과 가공성을 저해하는 고용원소인 탄소(C)와 질소(N)를 제거하기 위해 티타늄(Ti)과 니오븀(Nb)을 첨가하여 상기 고용원소를 TiN, NbC등의 석출물로 석출시키고, 몰리브덴(Mo)을 첨가하여 나머지 강 중의 고용원소도 충분히 제거한다.
몰리브덴은 용융아연도금시 도금성 확보 및 내시효특성을 나타내므로 Ti, Nb원소와 함께 충분한 연신율과 1.7이상의 r값이 확보되는 냉연강판을 제조할 수 있도록 한다.
그리고, 전기로 공정에서 불가피하게 포함되는 불순물 원소(Cu, Sn, Ni, Cr)에 의해 상승되는 강도는 종래의 강도향상을 목적으로 첨가한 망간(Mn)과 인(P) 원소의 함량을 최대한으로 낮추어 상쇄되게 함으로써 높은 r값이 확보되도록 한다.
특히, 본 발명에서 주석(Sn)은 다른 불순물 원소와 달리 강의 강도를 급격히 상승시켜 연신율과 r값을 저하시키므로 0.01%이하로 규제한다.
한편, 합금설계시 티타늄(Ti)의 함량은 티타늄(Ti)이 온도에 따라서 석출되어 고용원소를 제거할 수 있는 능력의 범위로 설계된다. 상기 티타늄의 함량을 계산하는 식은 아래와 같다.
티타늄(Ti)의 함량: 4C + 3.4N + 1.5S
티타늄(Ti)은 온도에 따라 TiN, TiS, TiC 의 순서로 석출된다. 티타늄(Ti)의 첨가량이 상기 계산식의 값보다 적은 경우에는 강 중에 고용원소가 존재하여 r값이 저하되므로 성형성을 저하시키게 된다. 그리고 티타늄(Ti)의 첨가량이 상기 계산식을 만족하거나 상기 계산식보다 클 경우에는 r값의 확보가 가능하므로 우수한 성형성을 확보할 수 있다.
그리고, 합금설계시 니오븀(Nb)의 함량은 니오븀(Nb)이 온도에 따라 NbC의 석출물을 석출할 수 있도록 설계되며, 상기 니오븀(Nb)의 함량을 계산하는 식은 아래와 같다.
니오븀(Nb)의 함량: 0.019~0.05% (0.5C * (93/12),
상기 식은 티타늄(Ti)과 마찬가지로 니오븀(Nb)이 온도에 따라 NbC의 석출물로 석출할 수 있는 능력을 나타내는 식으로 니오븀(Nb)의 첨가량이 상기 계산식의 값보다 적은 경우에는 강 중에 고용원소가 존재하여 r값이 저하되므로 성형성이 저하되고, 니오븀(Nb)의 첨가량이 계산식보다 클 경우에는 우수한 성형성을 확보하기 위한 r값을 확보할 수 있다.
본 발명의 합금원소들의 기능과 함유량은 다음과 같다.
탄소(C): 0.005~0.01wt%
탄소(C)는 강판 내에 고용원소로 존재하여 냉연 가공 및 소둔 시 강판의 집합조직의 형성과정에서 가공성에 유리한 (111) 집합조직의 형성을 저해하여 강의 가공성 및 성형성을 저하시킨다. 또한, 탄소가 강 중에 고용원소로 존재하는 경우 시효문제를 일으켜 스트레쳐 스트레인(Stretcher Strain)이라는 결함을 유발한다. .
따라서 탄소함량이 많아지면 탄화물 형성 원소인 티타늄과 니오븀의 첨가량을 늘려 탄소를 석출해야 한다. 이 경우 강의 제조원가가 상승될 뿐만 아니라 니오븀과 티타늄의 다량 첨가에 의해 강의 재질 및 표면물성이 저하될 수 있다. 이러한 이유로 탄소는 함량이 적을수록 유리하지만, 강의 도금특성이 취약해지고 강도가 낮아지는 제강기술의 한계 및 입계취화 현상이 발생할 수 있는 문제점이 존재하므로 0.005~0.01wt%로 함유된다.
질소(N) : 0.005~0.01wt%
질소(N)는 탄소(C)와 마찬가지로 강 중에 고용원소로 존재하여 연신율과 r값을 감소시켜 강판의 가공성 및 성형성을 저하시킨다. 질소(N)는 함량이 많아지면 티타늄과 니오븀의 함량을 증가시켜 원가상승을 유발하고, 함량이 적으면 적을수록 성형성에는 유리하나 제강수준 및 원가를 고려하면 어렵다. 따라서 질소(N)는 제강수준 및 원가를 고려하여 0.005~0.01wt% 사이의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
황(S) : 0.01wt% 이하
황(S)은 함량이 증가하면 유화물계(MnS 등) 개재물을 형성하고, FeS를 형성하여 에지크랙 등을 발생시키므로, 0.01 wt% 이하의 범위 내로 규제하는 것이 바람직하다.
망간(Mn) : 0.15wt% 이하
망간(Mn)은 강도향상과 함께 강에 고용된 황(S)을 MnS로 석출하여 황(S)에 의한 크랙발생을 방지한다. 망간(Mn)은 함유량이 0.15%이상 초과시에는 망간(Mn)의 입계편석에 의해 가공성 및 성형성을 저하시킨다. 본 발명에서는 강도상승의 효과보다는 가공성 향상이 목적이므로 상한값을 0.15 wt% 이하로 제한한다.
인(P) : 0.02wt% 이하
인(P)은 고용강화 효과가 높으면서 r값(소성변형비)의 저하가 적은 원소로 소량첨가에 의한 효과가 상당하다. 인은 IF강에서 강도상승의 목적으로 많이 첨가된다. 인(P)은 함량이 증가할 경우 결정입계에 편석되어 2차가공취성을 발생시킨다. 인에 의한 2차가공취성의 유발은 보론의 첨가로 억제가능하다. 그러나 본 발명에서는 강도상승의 효과보다는 가공성 향상을 목적으로 하므로 인의 함량을 0.02 wt% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al) : 0.01~0.06wt%
알루미늄(Al)은 탈산제로서의 역할을 하는 성분으로서, 강 중 용존 산소량을 충분히 낮은 상태로 유지한다. 또한, 알루미늄은 고용원소인 질소와 반응하여 AlN의 석출물을 생성하여 고용원소를 제거한다.
알루미늄은 탈산제의 역할로서는 상한 이상 첨가하면 연주시 문제가 발생할 수 있고 0.01% 미만으로 첨가하면 AlN의 석출량이 감소되어 충분한 강도를 확보할 수 없다. 따라서 알루미늄의 함량은 0.01~0.06 wt% 범위가 적당하다.
구리(Cu) : 0.05~0.2wt% 이하
구리(Cu)는 스크랩을 원료로 사용하는 제강공정에서는 제거할 수 없는 불순물, 즉 tramp 원소로 존재한다. 구리는 주로 강도를 높이는 원소로 작용하는 측면이 있지만 강의 연신율, r값 및 표면품질을 저하시키므로 그 함량을 0.20%이하로 규제하는 것이 바람직하다. 또한 구리는 그 함량이 일정량 이상 첨가되면 연주 및 소둔 열처리시 표면에 농축되어 적열취성을 발생하므로 주편의 표면 크랙 생성 및 표면 특성을 저하시키게 된다. 또한 구리는 0.05% 미만 첨가시 고용강화효과가 저하되어 목표한 강도값 확보를 어렵게 한다.
주석(Sn) : 0.008~0.02wt%이하
주석(Sn) 또한 구리(Cu)와 마찬가지로 스크랩을 원료로 사용하는 제강공정에서는 제거할 수 없는 불순물, 즉 tramp 원소로 존재하게 된다. 주석은 다른 tramp 원소와는 달리 강의 기계적 성질을 저하시키는 결정적인 역할을 하게 되는데, 그 함량이 0.02% 이상이 될 경우에는 고용강화로 강의 강도를 급격히 상승시키고 연신율과 r값을 떨어뜨려 성형성에 악영향을 미친다. 그리고 주석은 0.008% 미만 첨가시 고용강화효과 저하로 목표한 강도값 확보를 어렵게 한다. 따라서 주석(Sn)의 함량은 0.008~0.02% 범위로 규제함이 바람직하다.
Ni , Cr : 각각 0 초과 0.07 wt%이하
니켈(Ni)과 크롬(Cr)은 Tramp 원소로 강의 기계적 성질을 저하시키는 원인이 되므로 가능한 최소한으로 첨가한다. 본 발명의 경우 강도상승보다는 성형성 향상이 목적이고, 니켈(Ni)와 크롬(Cr)을 각각 0.07% 이상 첨가시에는 강도상승을 유발시키므로 각각 0.07 wt% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.
몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02wt%이하
몰리브덴(Mo)은 티타늄 또는 니오븀과 마찬가지로 강 중에 고용원소로 존재 하는 탄소를 석출물 형태로 석출시켜 강 중의 고용 탄소를 제거함으로써 r값을 상승시키고, 강 중의 고용원소를 제거하여 비시효특성을 나타낸다. 또한 몰리브덴은 용융아연도금시 도금성을 충분히 확보할 수 있도록 한다. 몰리브덴은 첨가량이 적으면 충분한 강도값 및 우수한 도금성을 확보하지 못하고, 첨가량이 많아지면 강도가 과도하게 증가하므로 그 하한을 0.01로 두고 상한을 0.02%로 둔다.
티타늄(Ti) : 0.037~0.07wt%
티타늄(Ti)은 첨가량이 많을수록 r값을 증가시키고 비시효성을 나타낸다. 티타늄은 강 중의 고용원소로 존재하는 탄소와 질소를 TiN, TiC등의 석출물 형태로 석출시킴으로써 r값을 향상시킨다. 또한 강 중에 탄소가 남아 있을 경우에는 시간이 경화함에 따라 움직여 전위를 구속시키는 시효현상을 나타낸다.
하한값은 고용원소를 화학양론적으로 석출 가능한 양으로 설정하였다. 통상적으로 티타늄(Ti)의 함량이 증가할수록 r값은 증가한다. 하지만, 티타늄(Ti)함량이 증가하면 그 만큼 원가가 상승하기에 상한값으로 규제한다. 따라서 바람직한 티타늄(Ti)의 함량은 0.037~0.07 wt%로 정한다.
니오븀(Nb) : 0.019~0.05wt%
니오븀(Nb) 또한 티타늄(Ti)과 마찬가지로 강 중에 고용원소로 존재하는 탄소와 질소를 NbC, NbN의 석출물 형태로 석출시켜 강 중의 고용원소를 제거함으로써 r값을 향상시키고 비시효성을 나타낸다.
니오븀은 강 중에 고용원소를 화학양론적으로 석출시킬 수 있는 이상의 함량이 첨가되면 r값을 저하시키고 항복강도를 증가시켜 성형성을 약화시키게 된다. 또한 그 만큼의 원가상승으로 제조단가를 높인다. 따라서 강 중에 첨가되는 니오븀의 함량은 0.019~0.05%사이인 것이 바람직하다. 하지만, 강 중에 니오븀은 첨가될수록 우수한 도금특성을 확보한다.
본 발명은 상기 합금강의 성분들을 포함하고, 나머지는 실질적으로 철(Fe) 및 불가피한 원소들이며, 원료, 자재, 제조설비 등의 상황에 따라 함유되는 원소로서 실리콘(Si), 산소(O) 등 불가피한 불순물의 미세한 혼입도 허용된다.
상기와 같이 조성을 갖는 슬라브는 제강공정을 통해 용강을 얻은 다음에 주괴 또는 연속주조공정을 통해 제조된다. 여기서는 열간압연, 냉간 압연을 거쳐 강판 형태로 구성된 후에, 그 강판의 표면에 합금화 용융아연도금 처리되는 아래의 공정을 거치게 된다.
즉, 상술한 중량 %의 합금원소 및 불가피하게 포함되는 불순물을 포함하는 강을 Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 1-2시간 유지하고, Ar3점 이상에서 열간 마무리압연을 행한 후 600~720℃ 사이에서 권취를 한다. 그 후 냉간압연에서 냉간압하율을 30~80%로 유지하고 830℃ 이상의 소둔온도를 유지하여 냉연강판을 제조한다.
냉연강판은 결정립 크기가 15㎛이하로 미세하게 분포되어 있고 0.2㎛이하의 탄질화물 석출물이 분포한다.
또한, 본 발명은 냉연강판 제조 후 아연도금욕(Zn pot)에서 3초 동안 유지하고 500℃이상에서 5초 이상 유지한 후 냉각하는 도금 및 열처리 공정을 수행하여 합금화 용융아연도금강판을 제조한다.
이와 같이 제조된 냉연강판 및 용융아연도금강판은 270MPa급 이상의 인장강도와 비시효특성 및 우수한 연신율과 r-value를 가진다.
이때, 냉연강판 및 용융아연도금강판의 연신율과 r-value 값은 합금 성분설계와 함께 재가열온도, 열간압연온도, 냉간압하율, 권취온도 등의 제조공정에도 영향을 받는다. 특히, 제조 공정의 조건은 석출물과 집합조직의 형성에 영향을 미치게 된다.
재가열 공정;
상기와 같은 조성을 갖는 강슬라브는 주조시 편석된 성분을 재고용하기 위하여 가열로에서 Ac3이상의 온도에서 가열한다.
재가열 온도는 저온이면 Ti석출을 조장한다. TiN, TiC석출물의 경우에는 실제 열연 가열온도에 따라 석출경향이 크게 변화되지 않으나, Ti4C2S2 및 TiS석출물의 경우 열간 가열온도에 따라 변화한다. 상기 이유로 가열온도가 저하됨에 따라 석출물 분율이 증가하여 고용원소 C와 N함량이 저하될 수 있으므로 Ac3이상의 온도로 가열한다.
열간압연 공정;
Ar3 온도 이상에서 열간압연을 마무리하여 단상의 열연코일을 제조한다. 열 간 마무리 온도가 Ar3 이상의 온도일 때 냉각과정 중 오스테나이트가 페라이트로 변태된다. 이 변태과정에서 냉연 소둔 후 (111)집합조직 발달의 기초가 되는 집합조직이 형성된다.
권취온도;
권취온도는 냉간압연을 용이하게 하기 위하여 500~700℃, 바람직하게는 600~720℃의 코일링 온도(CT)로 마무리한다. 소둔 방식이 상소둔 방식일 경우에는 저온권취를 이용하여 AlN석출물을 형성하지 않지만, 본 발명과 같은 연속소둔 방식일 경우에는 고온권취를 이용하여 AlN석출물이 충분히 형성되게 한다.
냉간압연 공정;
냉연강판의 최종 원하는 두께를 얻고 원하는 재질을 얻기 위해 냉간압연하는 단계로서, 상온에서 30~80%의 압하율로 실시하고, 더 바람직하게는 압하율을 40~70%로 압하한다.
냉간압연시 압하율은 (111)집합조직발달에 중요한 역할을 한다. 냉간압하율이 높을수록 (111)집합조직이 발달한다. 하지만 냉간압하율이 너무 높으면 소둔 재결정립의 과도한 미세화로 강도가 상승하므로 가공성에는 오히려 나쁜 영향을 준다.
소둔공정 또는 합금화용융아연도금 공정;
어닐링을 800℃이상에서 30초~100초 동안 유지하고 초당 20℃로 냉각하여 400℃에서 180초~300초 동안 유지시킨 후 냉각하여 냉연강판을 소둔한다. 그리고 상기 냉연강판은 아연도금욕(Zn pot)에서 3초동안 유지한 후 500℃이상에서 5초 이상유지하고 냉각하여 합금화 용융아연도금 한다.
이하, 표 1은 본 발명의 발명 예와 비교 예의 성분비를 나타낸 것이고, 표 2는 표 1의 발명 예와 비교 예에 의해 제조된 시편의 기계적 성질을 측정한 결과를 나타낸 것이다.

구분
 화학성분(wt%, 잔부 Fe)
C Mn P S Al Ti Nb Mo N Cu Sn Ni Cr
×10000 ×100 ×1000 ×100 ×1000
비교예1 20 30 15 8 40 40 20 - 3 - - - -
비교예2 40 30 15 8 40 60 20 - 3 - - - -
비교예3 20 30 15 8 40 80 - - 3 - - - -
비교예4 30 30 15 8 40 20 40 - 3 - - - -
비교예5 25 25 10 8 40 35 10 - 3 - - - -
실시예1 50 10 8 8 40 40 20 2 7 80 8 35 25
실시예2 60 10 8 8 40 50 20 2 7 200 20 35 25
실시예3 60 10 8 8 40 35 10 2 7 200 20 35 25
실시예4 60 10 8 8 40 40 10 2 7 200 20 35 25
실시예5 60 8 5 8 40 50 20 2 7 150 15 35 25
표 2는 표 1의 각 발명예와 비교예의 조성에 해당되는 잉곳을 1220℃에서 2시간 가열하여 910℃에서 마무리 열간 압연한 다음에 700~720℃로 권취하고, 냉간압하율 70~75%로 냉간 압연한 후 830℃이상 온도에서 소둔 열처리하여 제조된 시편의 강도와 연신율 등을 측정한 것이다.
구분 YP(MPa) TS(MPa) EL(%) r-value(men) 도금성
비교예1 159 296 47 1.95 ×
비교예2 157 290 44 2.05 ×
비교예3 156 295 49 2.13 ×
비교예4 147 300 48 1.90 ×
비교예5 135 294 49 2.01 ×
실시예1 164 321 45 2.01 ○
실시예2 178 328 45 1.91 ○
실시예3 181 320 41 1.78 ○
실시예4 166 319 41 1.62 ○
실시예5 169 321 46 1.93 ○
[TS(MPa):인장강도, YS(MPa):항복강도, EL(%):연신율, r-value(소성변형비):성형성을 나타내는 지수]
표 1과 표 2의 실험 결과로부터 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등 높은 수준의 불순물이 포함되어 있더라도 우수한 r값을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다. 물론, 상술한 불순물에 의해 강도가 일부 상승하기도 하지만 가공성을 요구하는 부품에 충분히 적용될 수 있는 연신율과 r값이 확보되었다.
그리고, 실시예 3과 실시예 4의 결과로부터, 상술한 불순물(Cu, Ni, Cr, Sn)이 존재하고 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo)의 함량이 충분하지 않을 경우에는 r값이 떨어짐을 확인할 수 있다.
즉, 실시예 1과 실시예 2 그리고 실시예 5로부터 본 발명강은 기타 불가피한 불순물을 포함하더라도 Ti, Nb, Mo의 첨가와 P와 Mn의 함량제어로 우수한 가공성과 내시효 특성 및 도금성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다. 따라서 미니밀 공정을 이용하여 재질이 우수한 고가공성의 연질 냉연강판을 생산할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 중량 %로 탄소(C) : 0.005~0.01%, 질소(N) : 0.005~0.01%, 황(S) : 0.01%이하, 망간(Mn) : 0.15% 이하, 인(P) : 0.02% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 구리(Cu) : 0.05~0.20%, 주석(Sn) : 0.008~0.02%, 니켈(Ni): 0 초과 0.07% 이하, 크롬(Cr) : 0 초과 0.07% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02%, 티타늄(Ti) : 0.037~0.07%, 니오븀(Nb) : 0.019~0.05%을 포함하고, 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖고,
    상기 티타늄(Ti)의 함량은 0.037~0.07% 범위와 식 Ti≥4C + 3.4N + 1.5S의 조건을 동시에 만족하고, 상기 니오븀(Nb)의 함량은 0.019~0.05% 범위와 식 Nb≥0.5C * (93/12)의 조건을 동시에 만족하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 연질 냉연강판.
  2. 삭제
  3. 중량 %로 탄소(C) : 0.005~0.01%, 질소(N) : 0.005~0.01%, 황(S) : 0.01%이하, 망간(Mn) : 0.15% 이하, 인(P) : 0.02% 이하, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 구리(Cu) : 0.05~0.20%, 주석(Sn) : 0.008~0.02%, 니켈(Ni): 0 초과 0.07% 이하, 크롬(Cr) : 0 초과 0.07% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02%, 티타늄(Ti) : 0.037~0.07%, 니오븀(Nb) : 0.019~0.05%을 포함하고, 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖되,
    상기 티타늄(Ti)의 함량은 0.037~0.07% 범위와 식 Ti≥4C + 3.4N + 1.5S의 조건을 동시에 만족하고, 상기 니오븀(Nb)의 함량은 0.019~0.05% 범위와 식 Nb≥0.5C * (93/12)의 조건을 동시에 만족하는 강슬라브를
    Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 1-2시간 유지하고, Ar3점 이상에서 열간 마무리 압연하여 600~720℃의 온도에서 권취한 후, 냉간압연하고 소둔하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 연질 냉연강판의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉간압연은 30~80%의 압하율로 실시하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 연질 냉연강판의 제조방법.
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