KR101062036B1

KR101062036B1 - 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101062036B1
Application number: KR1020080106083A
Authority: KR
Inventors: 김택준; 이승하
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2011-09-02
Also published as: KR20100047011A

Abstract

본 발명은 합금원소의 제어를 통해 열간 프레스 강판의 용접 및 충격특성을 향상시킬 수 있도록 한 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 중량 %로, 탄소(C): 0.15~0.40%, 실리콘(Si): 0.03~0.30%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 보론(B) : 0.0005~0.004%를 기본 성분으로 하며, 황(S): 0.003% 이하, 인(P): 0.012% 이하, 칼슘(Ca) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.05%, 지르코늄(Zr):0.005~0.1%, 코발트(Co) : 0.0005~0.5%를 함유하고 나머지 잔부가 Fe 및 불가피적으로 포함되는 불순물로 조성된 강판을 가열로에서 가열한 후에, 가열된 강판을 프레스 금형에서 600~800℃의 온도 범위내에서 프레스 성형하는 것이다.

이에 따르면 본 발명은 Mn/Si의 비율을 조정하여 용접 특성을 제어하고, Ca/S의 비율을 조정하여 충격특성을 제어하도록 함과 아울러 미량 합금 원소의 첨가량을 조절함으로써, 용접 및 충격 특성이 우수한 열간 프레스 강판을 제조할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법{Hot-rolled press steel sheet having excellentplating weld and impact property and process for producing the same}

본 발명은 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 열간 프레스 공정을 통해 제조되는 열간 프레스 강판의 합금 원소를 조정하여 용접 및 충격특성을 향상시킬 수 있도록 한 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

철강산업은 국가의 대표적인 기간산업으로써, 전자, 조선, 자동차 산업은 물론 자국의 산업경쟁력과도 밀접한 관계를 가진다.

그중에서도 자동차 산업은 기계, 재료, 전자 등 다양한 분야의 기술이 집적된 산업으로서 공업전반에 걸쳐 수많은 업체가 관련되어 있다.

따라서 자동차 산업이 국내 제조업에 미치는 영향은 어떤 산업보다도 파급효과가 크며 자동차 산업의 경기는 국내 제조업의 경기와 직결된다.

그러나 현재 범세계적인 환경규제 강화, 공급과잉에 의한 경쟁 심화 등으로 여러가지 어려움을 겪고 있다.

이 중 환경규제는 자동차 업계가 당면한 가장 큰 문제점으로, 환경오염 물질인 이산화탄소 배기가스 량에 대한 국제적인 규제 강화는 갈수록 높아지는 추세이며 필연적으로 연비가 높은 차량 개발이 요구되고 있다.

이에 자동차 업계에서는 경량화를 위한 구조변경과 소재 개발 등을 추진하고 있으며 일반 고강도 프레스 강판에 비해 강도가 우수한 열간프레스 강판(열간성형 강판)을 적용하고 있다.

차량용으로 개발된 열간프레스 강판은 대부분 차량의 프레임이나 충격부재용으로 사용되는데, 프레임이나 충격부재는 자동차 충돌시 운전자 및 승객을 보호하기 위한 것으로서 충격 인성이 요구된다고 할 수 있다.

또한, 열간프레스 강판은 열간 프레스 방식을 통해 약 800℃의 고온에서 프레스를 통해 부품을 제조한 후에, 상온까지 냉각시켜 1,500MPa의 인장강도를 갖는 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있으며, 이후 템퍼링등의 후열처리과정을 통해 연신율을 향상시키고 추후에 냉각시키는 냉각공정을 수행하는 등의 여러번의 열처리공정을 거치는 방식을 채택하고 있다.

그런데, 종래의 열처리 경화형 강판의 제조방법은, 가공시 강판의 온도를 확보하여 프레스 성형성을 높이기 위해서는 실제 공정상에서 900℃이상 가열해야만 제품 가공이 용이하게 된다.

이때 무 도금 강판을 사용하는 경우에는 강판의 표면에 산화스케일이 생성되어 금형 표면을 손상시켜 생산성을 저하시키게 되며, 아연 도금 강판의 경우에는 도금층의 아연이 증발되면서 합금화가 급속히 진행되어 도금층 박리가 일어나게 되 는 문제점이 있다.

이를 극복하기 위해 종래 선행기술로는 강판 표면에 내산화특성이 우수한 알루미늄(Al)-실리콘(Si) 도금을 실시한 것을 사용하고 있다.

그러나, 강판 자체의 탄소함량이 높고, 알루미늄등의 합금원소들이 다량 함유되어 있으므로, 기존 강종과의 용접시 용접취성을 유발하는 문제점이 있다.

또한, 강판에 다량의 탄소와 합금원소들이 첨가되어 자동차 부품으로 제조될 경우에는 원하는 충격 특성을 얻기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 열간 프레스 공법을 통해 제조되는 강판의 합금원소를 제어하여 용접 및 충격 특성을 향상시킬 수 있도록 한 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량 %로, 탄소(C): 0.15~0.40%, 실리콘(Si): 0.03~0.30%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 보론(B) : 0.0005~0.004%를 기본 성분으로 하며, 황(S): 0.003% 이하, 인(P): 0.012% 이하, 칼슘(Ca) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.05%, 지르코늄(Zr):0.005~0.1%, 코발트(Co) : 0.0005~0.5%를 함유하고 나머지 잔부가 Fe 및 불가피적으로 포함되는 불순물로 조성된 강판을 가열로에서 가열한 후에,

상기 가열된 강판을 프레스 금형에서 600~800℃의 온도 범위내에서 프레스 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 실리콘에 대한 망간의 비율(Mn/Si)은 10~40인 것이다.

상기 황에 대한 칼슘의 비율(Ca/S)은 0.5~3.0인 것이다.

본 발명의 다른 특징적인 요소인 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판은, 중량 %로, 탄소(C): 0.15~0.40%, 실리콘(Si): 0.03~0.30%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 보론(B) : 0.0005~0.004%를 기본 성분으로 하며, 황(S): 0.003% 이하, 인(P): 0.012% 이하, 칼슘(Ca) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.05%, 지르코늄(Zr):0.005~0.1%, 코발트(Co) : 0.0005~0.5%를 함유하고 나머지 잔부가 Fe 및 불가피적으로 포함되는 불순물의 조성으로 이루어진 강판이 600~800℃의 온도 범위내에서 프레스 성형된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 합금원소의 제어를 통해 열간 프레스 강판의 용접 및 충격특성을 향상시킬 수 있도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 Mn/Si의 비율을 조정하여 용접 특성을 제어하고, Ca/S의 비율을 조정하여 충격특성을 제어하도록 함과 아울러 미량 합금 원소의 첨가량을 조절함으로써, 용접 및 충격 특성이 우수한 열간 프레스 강판을 제조할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

이하에서는 본 발명에 따른 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판 및 그 제조방법의 실시 예를 참조하여 설명하기로 한다.

중량 %로, 탄소(C): 0.15~0.40%, 실리콘(Si): 0.03~0.30%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 보론(B) : 0.0005~0.004%를 기본 성분으로 하며, 황(S): 0.003% 이하, 인(P): 0.012% 이하, 칼슘(Ca) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.05%, 지르코늄(Zr):0.005~0.1%, 코발트(Co) : 0.0005~0.5%를 함유하고 나머지 잔부가 Fe 및 불가피적으로 포함되는 불순물의 조성으로 이루어진 강 슬라브를 1200℃의 온도로 재 가열하여 1~2시간 유지하고, Ar3~Ar3+50의 온도 범위에서 열간 마무리 압연을 행한 후에, 500~700℃의 온도에서 권취하고 1시간 유지시킨 후에 상온까지 냉각한다.

이후에, 강판의 표면을 산세 처리하고 냉간 압연을 할 수 있으며, 냉간 압연된 강판을 그대로 사용하거나, 표면에 산화 방지를 위하여 용융아연도금 , 전기아연도금, 용융알루미늄도금, 고분자 내산화 도료 도장등의 방법으로 표면 처리할 수도 있다.

이렇게 제조된 강판을 본 발명에서는 가열로를 거쳐 Ar3점 이상의 온도로 가열한 후에, 가열된 강판을 프레스 금형내로 공급하여 600~800℃의 온도에서 프레스 성형하여 프레스 강판 제품을 제조한다.

상기한 바와 같이 제조된 프레스 강판 제품은 인장강도 1400MPa, 연신율 5%이상 확보 가능한 특성을 갖게 된다.

본 발명의 화학성분 및 제조조건에 대하여 상세히 설명한다.

탄소[C]:0.15~0.40 wt%

탄소는 강판에 고강도를 부여하기 위해 불가결한 원소로써, 강판의 담금질성을 높이고, 담금질 후 강도를 강도를 결정하는 주요 원소이다. 탄소함유량이 0.15% 미만에서는 그 효과가 충분하지 않고, 0.40%를 넘으면 담금질부의 인성 열화가 현저해져서 자동차 구조부품으로의 요구특성을 만족하는데 어렵게 된다.

망간[Mn]:1.0~2.0 wt%

망간은 펄라이트상 생성을 억제하고 오스테나이트 형성 및 내부에 탄소 농화 를 촉진하여 잔류 오스테나이트 형성에 기여하며, 강판의 담금질성을 높이고 담금질 후에 강도를 안정적으로 확보하는데 효과적인 원소이다. 인장강도 1400MPa를 확보하기 위하여 함량은 1.0~2.0% 의 범위내로 규제하는 것이 바람직하다.

보론[B]:0.0005~0.0040wt%

보론은 연속냉각변태시 오스테나이트의 페라이트로의 변태를 지연시킴으로써 강판의 담금질성을 높이고, 담금질 후 강도의 안정적인 확보 효과를 더욱 증대시키는 원소이다. 보론 함유량이 0.0005 미만 일 경우에는 본 발명이 원하는 효과를 얻을 수 없고, 0.0040%를 초과하면 그 효과는 포화된다.

실리콘[Si]: 0.03~0.3wt%

통상 제강공정에서 탈산제로 첨가되어 강중의 산소를 제거하는 역할을 수행하며, 담금질성을 향상시키는 기능도 수반한다. 하지만, 첨가량이 많아져 Mn/Si비가 낮아지면 용접균열을 유발하는등 취성의 원인이 된다. 따라서 Mn과의 비 제어를 제강 공정상 Mn/Si비가 10~40이 되도록 조절되어야 한다.

인[P]:0.012% 이하

제강 과정에서 통상의 탈린 공정을 거친 후 함량은 0.020%정도 함유되지만, 고온상태에서 강중의 열간 가공성을 저하하므로 고온 가공성 향상을 위하여 극미량 제어가 필요하다. 최근의 제강기술의 발달로 인하여 0.012%이하 제어가 가능하므로 최대값으로 설정한다.

황[S]:0.003% 이하

제강 과정에서 통상의 탈황 공정을 거친 후 함량은 0.015%정도 함유되지만, 인과 마찬가지로 고온상태에서 강중의 열간 가공성을 저하하므로 고온 가공성 향상을 위하여 극미량 제어가 필요하다. 최근의 제강기술의 발달로 인하여 0.003%이하 제어가 가능하므로 최대값으로 설정한다.

칼슘[Ca]:0.0010~0.0040% 이하

제강 과정에서 통상의 탈황 공정을 거친 후 Ca을 첨가하여 S개재물을 구상화 시켜 개재물 형상을 제어한다. 이러한 개재물들은 선형으로 존재할 경우 충격 및 인성을 저하시키므로 본 발명에서는 Ca/S 중량비를 0.5~3.0 범위로 관리하여 인성을 극대화한 것이다. Ca/S 비가 0.5 미만이 되면 S 개재물의 구상화가 충분하지 못하여 효과가 미비하고, 3.0을 초과할 경우에는 그 효과가 포화되고, 제강공정상 제어가 불가능하다.

지르코늄(Zr) : 0.0005~0.1%

통상 질소(N)와 만나 고온에서 화합물을 형성하여 질소를 제어할 목적으로 첨가된다. 제강과정중에 포함되어있는 강중의 질소는 불가피한 원소이며, 이렇게 포함된 질소는 보론과 화합물을 생성하여 담글질성을 저하시키므로 이를 억제하기 위하여 첨가하되 0.0005이상 되어야 효과가 기대되며, 0.1%을 초과할 경우에는 상업적인 의미를 잃게 되므로 제한하는 것이 바람직하다.

니요븀 (Nb) : 0.005~0.05%

열간압연중 금속 입자를 작게 제어 가능하고 자체의 담금질성을 활용하여 담금질 후의 강도의 안정화를 높이는 효과를 갖는다. 또한 용접부의 입자성장을 억제하여 용접강도를 확보하고, 결정립은 미세하게 하는 효과를 통하여 소재의 충격값 향상에 기여하도록 한다. 이는 통상의 소입성 확보 및 열간압연 및 열간 프레스 과정의 가열단계에서 금속 입자가 성장하는 것을 억제하는 효과로 첨가되며 0.005% 이하에서는 효과가 불충분하며, 0.05%를 초과하여 첨가시에는 다시 취성이 열화되어 그 효과를 얻을 수 없게 된다.

코발트(Co) : 0.001~0.5wt%,

강판의 담금질성을 높이고 담금질 후의 강도의 안정화를 높이는 효과를 갖는다. 또한 고온상태의 내산화성을 향상시키고 연신율을 향상시키려는 목적으로 첨가하여 최대값은 0.5%로 설정한다

상기한 화학성분을 갖는 본 발명의 실시 예들과 비교 예는 하기의 표 1에 기재되어 있다.

상기한 표 1의 비교 예와 실시 예들의 조성으로 된 강을 실험한 결과는 표 2에 개시된 바와 같다.

표 2에서와 같이, 본 발명의 실시 예 1,2,3은 비교 예와 대비하여 용접부의 인장강도가 우수하고, 충격 강도도 우수한 특성을 갖는다.

본 발명에서 사용하는 소지 강판으로서는 열연강판, 냉연강판, 도금강판 중 어느 것을 사용해도 무방하지만, 열간 프레스 가공시 냉각 속도를 만족하는 두께의 강판을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

그리고, 도금 강판으로서는 알루미늄계 도금 강판과 아연계 도금강판 또는 무산화 도료등이 적용 가능 하다.

또 도금 강판은 전기 도금 강판, 용융 도금 강판 및 합금화 용융 아연 도금 강판도 사용할 수 있다.

제품의 가공 방법은 통상의 상업적인 열간 프레스 공법으로 적용 가능하다. 제품 성형의 용이성을 위하여 예비성형을 통해서 열간프레스 행하는 공법도 적용 가능하다.

Claims

중량 %로, 탄소(C): 0.15~0.40%, 실리콘(Si): 0.03~0.30%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 보론(B) : 0.0005~0.004%를 기본 성분으로 하며, 황(S): 0.003% 이하, 인(P): 0.012% 이하, 칼슘(Ca) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.05%, 지르코늄(Zr):0.005~0.1%, 코발트(Co) : 0.0005~0.5%를 함유하되 상기 실리콘에 대한 망간의 비율(Mn/Si)은 10~40 이고 상기 황에 대한 칼슘의 비율(Ca/S)은 0.5~3.0이며, 나머지 잔부가 Fe 및 불가피적으로 포함되는 불순물로 조성된 강판을 가열로에서 가열한 후에,

상기 가열된 강판을 프레스 금형에서 600~800℃의 온도 범위내에서 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판의 제조방법.
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중량 %로, 탄소(C): 0.15~0.40%, 실리콘(Si): 0.03~0.30%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 보론(B) : 0.0005~0.004%를 기본 성분으로 하며, 황(S): 0.003% 이하, 인(P): 0.012% 이하, 칼슘(Ca) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.05%, 지르코늄(Zr):0.005~0.1%, 코발트(Co) : 0.0005~0.5%를 함유하되 상기 실리콘에 대한 망간의 비율(Mn/Si)은 10~40 이고 상기 황에 대한 칼슘의 비율(Ca/S)은 0.5~3.0이며, 나머지 잔부가 Fe 및 불가피적으로 포함되는 불순물의 조성으로 이루어진 강판이 600~800℃의 온도 범위내에서 프레스 성형된 것을 특징으로 하는 용접 및 충격특성이 우수한 열처리 경화형 강판.