KR101051225B1

KR101051225B1 - 가공성과 도금특성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101051225B1
Application number: KR1020080106086A
Authority: KR
Inventors: 나광수; 김성주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2011-07-21
Also published as: KR20100047014A

Abstract

본 발명은 Ti-Nb 복합첨가형 IF강을 이용하여 충분한 고강도를 확보하면서 가공성 및 도금 특성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.004~0.020%, 망간(Mn):1.0-2.5%, 황(S):0.005-0.010%, 알루미늄(Al):0.01-0.10%, 질소(N):0.004-0.010%, 인(P):0.05-0.10%, 보론(B):0.0005-0.0020%, 티타늄(Ti):0.02-0.06%, 니오븀(Nb):0.04-0.10%,를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것이다.

또한, 결정립의 미세화를 위해 상기한 조성으로 이루어진 강 슬라브를 열간 마무리 압연후 냉각속도를 제어한 것이다.

이에 따르면 본 발명은 다량의 미세 석출물을 형성시키고 니오븀을 첨가시켜 고강도를 확보함과 아울러, 도금 특성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

가공성과 도금특성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조방법{Hot-rolled steel sheet having good drawing ability and galvanizing property, and method for producing the same}

본 발명은 가공성과 도금특성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 Ti-Nb 복합첨가형 IF강에서 합금원소를 제어하여 다량의 미세한 석출물을 형성시키고 강도를 확보함과 아울러, 가공성을 향상시킬 수 있도록 한 가공성과 도금특성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

기존 자동차 산업은 경쟁이 심화됨에 따라 자동차 품질에 대한 고급화, 다양화 요구가 높아지고 있으며, 강화되고 있는 안전 및 환경규제에 대한 법규를 만족시키기 위해 자체 강성을 증대시키고 연비 효율을 향상시키기 위한 노력을 하고 있다.

최근 철강업계 및 자동차 업계의 연구관심은 환경오염과 고강도, 경량화에 집중되고 있으며, 자동차 디자인이 복잡해지고 소비자의 욕구가 다양화됨에 따라 자동차 업계에서는 고강도이면서 가공성과 성형성이 우수한 강을 요구하고 있다.

또한, 자동차 보강재, 건축구조재 등의 소재로 사용되는 열연강판은 강도와 성형성의 확보를 위해 합금원소가 첨가된다.

일반적으로 사용되는 열연고강도강은 강도가 높은 석출경화형 강을 사용하며 추가적으로 가공성확보를 위해 변태조직강을 사용한다.

석출경화형 강은 열간압연 중 다량의 석출현상이 발생됨으로 인해, 열간압연시 압연부하가 증가하며 발생된 석출물로 인해 항복강도가 증가하여 최종적으로는 가공성을 열화시키는 단점이 있다.

변태조직강의 경우, 주요강화원소로 첨가되는 실리콘(Si), 망간(Mn)을 표면에 다량 첨가하면 Mn과 Si가 강 내에 완전히 고용되지 못하고 고온에서 결정립계를 타고 표면으로 농화되므로 산화망간(MnO₂), 산화규소(SiO₂)의 산화물층을 우선적으로 형성하게 된다.

이와 같이, 표면에 산화물층이 형성되면 산화물층이 형성된 부분에는 용융아연이 도금되지 않아 도금성을 저하시키는 원인이 된다.

또한 변형유기상변태를 위한 잔류오스테나이트의 형성을 위해 냉각라인에서 냉각속도의 변화를 주는 다단계냉각을 실시해야 하므로, 정밀한 온도제어가 요구되기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

이와 같이, 석출경화형 강은 고강도확보는 용이하나 다량의 석출물로 인해 항복강도가 증가하여 가공성이 열화되는 문제가 있으며 변태조직강은 Mn, Si 등의 합금원소를 다량 첨가하므로 강판의 도금성이 열화되고 다단계냉각을 위한 온도제어를 해야하는 어려움이 있으므로, 이를 방지하기 위하여 Mn, Si의 합금원소의 첨 가량을 줄이는 것은 변태조직강의 고유특성을 가질 수 없는 문제를 수반하게 되므로 이에 대한 개선책이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 Ti-Nb 복합첨가형 IF강에서 다량의 미세 석출물을 형성시키고 니오븀을 첨가시켜 강도를 증가시킴과 아울러, 도금 특성 및 가공성을 향상시킬 수 있도록 한 고강도 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, 탄소(C): 0.004~0.020%, 망간(Mn):1.0-2.5%, 황(S):0.005-0.010%, 알루미늄(Al):0.01-0.10%, 질소(N):0.004-0.010%, 인(P):0.05-0.10%, 보론(B):0.0005-0.0020%, 티타늄(Ti):0.02-0.06%, 니오븀(Nb):0.04-0.10%를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강 슬라브를 Ac3점 이상의 온도로 2~4시간 재가열하고,

Ar3 ~ Ar3+100의 온도에서 열간 마무리 압연으로 강판을 제조한 후에, 압연이 완료된 강판을 냉각시켜 권취하는 것을 특징으로 한다.

상기 강판은 0.1㎛크기 이하의 Nbc석출물과 AIN석출물이 분포되도록 형성하되,

상기 석출물수는 1×10⁷개/㎟ ~ 1×10⁸/㎟인 것이 바람직하다.

또 바람직하게는 상기 강판 석출물의 크기를 제한하도록 마무리 압연후 20℃/sec~60℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 것이다.

본 발명의 다른 특징적인 요소인 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.004~0.020%, 망간(Mn):1.0-2.5%, 황(S):0.005-0.010%, 알루미늄(Al):0.01-0.10%, 질소(N):0.004-0.010%, 인(P):0.05-0.10%, 보론(B):0.0005-0.0020%, 티타늄(Ti):0.02-0.06%, 니오븀(Nb):0.04-0.10%,를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물의 성분들로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 Ti-Nb 복합첨가형 IF강에서 충분한 고강도를 확보하면서 가공성 및 도금 특성을 향상시킬 수 있도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 다량의 미세 석출물을 형성시키고 니오븀을 첨가시켜 고강도를 확보함과 아울러, 도금 특성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

본 발명의 열연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.004~0.020%, 망간(Mn):1.0-2.5%, 황(S):0.005-0.010%, 알루미늄(Al):0.01-0.10%, 질소(N):0.004-0.010%, 인(P):0.05-0.10%, 보론(B):0.0005-0.0020%, 티타늄(Ti):0.02-0.06%, 니오븀(Nb):0.04-0.10%,를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어져 있다.

본 발명의 열연강판은 성분설계에 따라 540MPa이상의 고강도 열연강판의 특성을 갖는다.

일반적인 변태조직 고강도 열연강판에서는 상(phase)에 따라 고강도 특성이 확보된다. 변태조직강에서는 강도에 따라 Mn은 2%이상, Si은 1%이내로 첨가되며 Al, Mo, B등의 원소가 첨가되어 잔류오스테나이트, 마르텐사이트와 페라이트의 복합조직을 가지면서 고강도와 연성을 확보하며, 석출경화형강의 경우 Mn함량은 2%이내로 첨가되고, 0.1%안팎의 C와 0.05%Nb 등의 첨가를 통해 석출물을 형성되며 이를 통해 고강도를 확보한다. 그러나 변태조직강에 첨가되는 Mn과 Si은 도금특성에 매우 열악하며, 석출경화형가의 경우 석출물의 형성으로 항복강도가 증가하여 가공성이 열화되는 특성이 있다. 그래서, 본 발명에서는 이들의 함량을 낮추고 각각 0.01%이내의 C와 N의 함량과 Nb의 함량을 0.06~0.1%를 첨가하고 Mn, Si, B의 첨가를 통해 강도를 확보하고 도금에 유리한 특성을 유지할 수 있다. 이하, 본 발명의 열연강판과 그 제조방법을 이하에서 구체적으로 설명한다.

본 발명의 기본성분이 되는 합금 원소들의 기능과 함유량은 다음과 같다.

탄소(C): 0.004~0.020%

탄소는 강에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소이다. 상기 탄소는 함량이 0.02%를 초과할 경우에는 고용탄소가 내시효성을 크게 악화시키므로 상기 고용탄소를 제거하기 위해 고가의 Nb를 많이 첨가해야 한다. 이 경우 제조원가가 상승하고 재결정온도가 높아진다. 강판의 결정립이 연신된 조직을 보여 연성이 크게 낮아지게 되는 문제점이 발생된다. 따라서 탄소의 함량은 0.02%이하인 것이 바람직하다.

그리고, 보다 바람직한 상기 탄소(C)의 함량은 0.004%이상이다. 왜냐하면 탄소(C)의 함량이 0.004%미만의 경우에는 NbC석출물의 양이 줄어들어 고용강화 원소 의 첨가해야 하므로 제조원가가 상승하고, 도금특성이나 2차가공취성에 취약함을 나타낼 수 있으며, 열연판의 결정립이 쉽게 조대화됨에 의해 강도가 낮아지기 때문이다.

황(S) : 0.005-0.010%

황(S)은 Mn와 반응하여 미세한 MnS의 석출물을 형성한다. 이러한 S의 함량이 0.005%미만의 경우에는 상기한 석출물의 석출량이 적을 뿐만 아니라 석출되는 석출물의 숫자가 매우 적다. 본 발명에서는 Mn의 함량이 적으므로 황의 함량이 0.01% 초과의 경우에는 고용된 황의 함량이 많아 연성 및 성형성이 크게 낮아지며, 적열취성의 우려가 있기 때문이다.

알루미늄(Al) : 0.01~0.10%

알루미늄은 N과 반응하여 미세한 AlN석출물을 형성하여 결정립미세화와 더불어 석출강화에 의한 강도향상 효과를 가질 수 있다. Al의 함량이 0.01%미만의 경우에는 AlN 석출물의 양이 줄어들어 충분히 강도를 확보할 수 없으며 0.1%를 초과하게 되면 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨리며 항복강도가 지나치게 상승할 수 있다.

망간(Mn): 1.0-2.5%

망간(Mn)은 강에 고용된 황(S)을 MnS로 석출하여 고용 황에 의한 적열취성(Hot shortness)을 방지하는 고용강화원소로 알려져 있다. 따라서 망간의 함량을 높게 첨가하는 것이 일반적이나 본 발명에서는 망간과 Nb를 함께 첨가함으로써 재 결정을 지연시키면서 결정립미세화에 의해 강의 인장강도를 향상시킨다. 그러나 망간의 함량이 높아지면 산화층의 형성으로 도금특성이 열화될 수 있으므로 2.5%이하로 하는 것이 바람직하다.

그리고 이러한 특성을 확보하기 위해서는 망간의 함량이 1.0%이상이 되어야 한다. 왜냐하면 상기 망간의 함량이 1.0%미만의 경우에는 Mn에 의한 강도상승효과가 적기때문에 1.0%이상이 첨가되어야 한다.

질소(N): 0.004-0.010%

N의 함량이 0.004%미만의 경우에는 석출되는 AlN의 숫자가 적어 결정립미세화 및 석출강화의 효과가 적다. 질소의 함량이 0.02%를 초과할 경우는 고용질소에 의한 시효보증이 곤란하다.

인(P): 0.05~0.10%

인은 고용강화효과가 높으면서 연신률값의 저하가 적은 원소로서 본 발명에 따라 석출물을 제어하는 강에서 고강도를 확보할 수 있다. 강도향상을 위해 0.03~0.1%의 P를 첨가하나 P함량이 증가할 경우 2차가공취성이 발생할 수 있으므로 0.1%이내로 첨가하는 것이 바람직하다.

보론(B): 0.0001~0.0020%

보론은 P첨가로 인해 발생할 수 있는 2차가공취성을 방지하기 위해 첨가하는데 이를 위해 보론의 함량이 0.0001%이상인 것이 바람직하다. 그러나 0.002%를 초과하여 첨가될 경우 편석에 의한 재질편차가 발생할 수 있다.

티타늄(Ti):0.02-0.06%

티타늄은 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 가공성 향상을 목적으로 첨가하는데 TiC, TiN등으로 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 비시효성과 가공성을 확보한다. 티타늄은 니오븀보다 강한 탄,질화물 형성원소로써 니오븀보다 먼저 고용탄소와 고용질소를 석출 시킨다. 첨가량이 0.02%미만의 경우 석출에 필요한 Nb를 제외하고 고용되는 Nb의 함량이 적어 강도향상의 효과가 거의 없다. 또한 Ti가 0.06%초과 할 경우 고용탄소와 고용질소의 양이 적어지므로 고용되는 Nb가 증가하면서 항복강도가 증가하여 가공성을 약화시킨다.

니오븀(Nb): 0.04~0.10%

니오븀은 고용탄소를 석출시켜 가공성 향상을 목적으로 첨가하는데 니오븀은 강력한 탄화물 생성 원소로 강중에 첨가되어 NbC석출물을 석출시켜 고용 상태의 탄소를 석출하므로써 비시효성과 가공성을 확보한다. 니오븀의 첨가량이 0.06%미만의 경우 NbC석출에 필요한 Nb를 제외하고 고용되는 Nb의 함량이 적어 강도향상의 효과가 거의 없다. 또한 Nb가 0.10%초과 할 경우 고용되는 Nb가 증가하면서 항복강도가 증가하여 가공성을 약화시킨다.

본 발명의 성분계에서 석출물은 미세하게 분포할수록 유리한데, 바람직하게는 NbC석출물과 AlN석출물의 평균크기가 0.1㎛이하이다. 석출물의 평균크기가 0.1㎛ 초과의 경우에는 특히 강도가 낮아지고, 면내이방성지수가 좋지 않다. 나아가, 본 발명의 성분계에는 0.1㎛이하의 석출물이 다량 분포하는데, 그 분포수는 특별히 제한하지는 않는다.

[열연강판의 제조방법]

본 발명은 상기한 조성을 만족하는 강을 열간압연을 통해 강판을 제조하면, NbC와 AlN석출물의 평균크기가 0.1㎛ 이하를 만족하도록 미세하게 형성되는 특징이 있다.

특히 열간압연판에서 NbC석출물과 AlN석출물의 평균 크기는 성분설계와 함께 재가열온도, 권취온도 등의 제조공정에 영향을 받으나 특히 열간압연 후의 냉각속도에 직접적인 영향을 받는다.

[열간압연조건]

상기 합금원소가 첨가된 강슬라브를 충분히 높은 온도에서 재가열하여 열간압연한다. 이때, 재가열온도가 낮으면 연속주조중에 생성된 조대한 석출물들이 완전히 용해되지 않은 상태로 남아 있어 열간압연후에도 조대한 석출물이 많이 남기 때문에 충분히 높은 온도에서 재가열해야 한다.

즉, 상기 합금원소가 첨가된 강슬라브를 Ac₃점 이상의 온도로 재가열하여 3시간이상 유지하고 Ar₃점 이상 Ar₃+100이하의 온도에서 열간 마무리압연을 행한 후 강제 냉각방식으로 냉각한다. 그리고 600℃ 이하에서 권취하여 조직이 미세한 열연강판을 제조하게 된다.

이와 같이 Ar3변태온도를 기준으로 열간 마무리하는 것은 열간 마무리압연온도가 Ar3변태온도 미만의 경우에는 압연립의 생성으로 가공성이 저하되기 때문이다. 따라서 Ar3점 이상 Ar3+100이하에서 열간 마무리압연을 행하는 것이 바람직하 다.

그리고 열연강판의 열간압연 후 냉각라인으로 강판이 최대한 빨리 들어갈 수 있도록 최종 압하율을 높게 해주어 결정립의 성장을 막아주어야 하며, 냉각속도는 20℃/sec ~ 60℃/sec으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 본 발명에 따른 미세한 석출물을 얻기 위하여 그 성분비를 제어하더라도 냉각속도가 20℃/sec 미만이면 석출물의 평균크기가 0.2㎛를 초과할 수도 있으며, 60℃/sec를 초과할 경우에는 과다하게 미세한 결정립이 형성되어 가공성이 저하될 우려가 있다.

[권취조건]

상기와 같이 열간압연한 다음에는 권취를 행하는데, 권취온도는 600℃이하가 바람직하다. 권취온도가 600℃초과의 경우에는 석출물이 너무 조대하게 성장하여 결정립미세화 효과가 떨어지며 강도확보가 곤란하다.

	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Co	Ti	Nb	Cu	Ni	B
비교예1	0.10	1.0	1.5	0.07	0.003	0.07	0.0050	0.30		-	0.1	-	-
비교예2	0.15	0.5	1.5	0.04	0.005	1.00	0.0040	0.35		-	0.1	-	-
비교예3	0.10	0.5	2.0	0.04	0.005	1.00	0.0070	-		-	0.2	0.2	-
비교예4	0.08	-	2.5	0.02	0.008	0.04	0.0100	-		0.08	-	-	-
비교예5	0.10	-	2.0	0.02	0.008	0.03	0.0080	-		0.07	-	-	-
실시예1	0.0060	0.1	1.00	0.085	0.0068	0.04	0.0043	-	0.01	0.08	-	-	0.0006
실시예2	0.0055	0.1	1.10	0.076	0.0063	0.05	0.0055	-	0.01	0.08	-	-	0.0007
실시예3	0.0070	0.1	1.50	0.074	0.0057	0.04	0.0054	-	0.03	0.06	-	-	0.0007
실시예4	0.0085	0.1	1.59	0.050	0.0061	0.02	0.0061	-	0.03	0.07	-	-	0.0009
실시예5	0.0075	0.1	1.98	0.052	0.0060	0.04	0.0044	-	0.04	0.07	-	-	0.0007

표 1 조성의 잉곳을 1250℃에서 2시간 가열하여 900℃에서 마무리 열간 압연한 다음 560℃로 급냉권취하여 제조된 시편을 이용하여 강도와 연신율을 측정하였다

표 2는 표1의 합금설계를 가지는 강슬라브를 1250℃에서 2시간 가열하고, 900℃에서 마무리 열간 압연한 다음 560℃로 급냉하여 권취하여 제조된 강판의 인장강도, 항복강도, 연신율 등을 측정한 것이다.

	TS(MPa)	YS(MPa)	EL(%)	비고
비교예1	559	460	34	변태조직강
비교예2	580	431	33	변태조직강
비교예3	586	481	32	변태조직강
비교예4	600	545	28	석출경화강
비교예5	594	539	29	석출경화강
실시예1	569	416	36
실시예2	588	399	35
실시예3	601	426	38
실시예4	618	429	34
실시예5	626	493	35

표 1과 표 2의 실시예와 비교예를 통해 합금원소(C, Si, Mn)를 줄이더라도 Ti, Nb첨가를 통한 미세한 TiC, NbC석출물과 고용 Nb, Mn, 미량의 B이 복합적으로 재결정을 지연시켜 결정립의 크기를 미세하게 하여 강도가 개선되어 IF강의 특징인 고용탄소가 없어 연신률이 증가됨과 동시에 고강도의 기계적 성질을 확보할 수 있다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.004~0.020%, 망간(Mn):1.0-2.5%, 황(S):0.005-0.010%, 알루미늄(Al):0.01-0.10%, 질소(N):0.004-0.010%, 인(P):0.05-0.10%, 보론(B):0.0005-0.0020%, 티타늄(Ti):0.02-0.06%, 니오븀(Nb):0.04-0.10%를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강 슬라브를 Ac3점 이상의 온도로 2~4시간 재가열하고,

Ar3 ~ Ar3+100의 온도에서 열간 마무리 압연으로 강판을 제조한 후에,

압연이 완료된 강판을 크기가 0.1㎛ 이하의 Nbc석출물과 AIN석출물이 분포되도록 20℃/sec초과 60℃/sec이하의 냉각속도로 냉각시켜 권취하는 것을 특징으로 하는 가공성과 도금특성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 Nbc석출물과 AIN석출물수는 1×10⁷개/㎟ ~ 1×10⁸개/㎟ 인 것을 특징으로 하는 가공성과 도금특성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법.
삭제
중량%로, 탄소(C): 0.004~0.020%, 망간(Mn):1.0-2.5%, 황(S):0.005-0.010%, 알루미늄(Al):0.01-0.10%, 질소(N):0.004-0.010%, 인(P):0.05-0.10%, 보론(B):0.0005-0.0020%, 티타늄(Ti):0.02-0.06%, 니오븀(Nb):0.04-0.10%를 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물의 성분들로 이루어지며, 크기가 0.1㎛ 이하의 Nbc석출물과 AIN석출물이 1×10⁷개/㎟ ~ 1×10⁸개/㎟ 의 밀도로 분포되는 것을 특징으로 하는 가공성과 도금특성이 우수한 고강도 열연강판..