KR101143151B1

KR101143151B1 - 연신율이 우수한 고강도 박강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101143151B1
Application number: KR1020090070059A
Authority: KR
Inventors: 강희재; 한태교; 오진근
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2012-05-08
Also published as: KR20110012367A

Abstract

본 발명은 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El) 값이 25,000~50,000MPa%을 만족하는 박강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것으로써, 중량%로, C: 0.001~0.3%, Si: 5.0%이하(0은 제외), Mn: 3.0~18.0%, P: 0.02%이하(0은 제외), S: 0.01%이하(0은 제외), Al: 0.01~5.0%, N: 0.02%이하(0은 제외), B: 0.0005~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 미세조직의 주상이 페라이트와 오스테나이트의 2상으로 이루어지고, 상기 미세조직은 면적율로 페라이트가 10%이상, 오스테나이트 5% 이상을 포함하며, 상기 2상의 합이 65%이상을 만족하고, 나머지는 베이나이트, 마르텐사이트를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

인장강도(tensile strength), 연신율(elongation), 변태조직(transformation phase), 페라이트(ferrite), 오스테나이트(austenite)

Description

연신율이 우수한 고강도 박강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH THIN STEEL SHEET HAVING EXCELLENT ELONGATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 주로 건축자재, 가전제품 및 자동차 등에 사용되는 인장강도 600MPa 이상의 고강도 박강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)가 우수한 고강도 박강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 차체 등 여러가지 용도에 고강도 강판이 사용되어 왔으며, 최근에는 고용강화강 대비 성형성이 비교적 우수한 변태조직강이 개발되었다(일본 특개2000-17385호, 일본 특개평11-80878호, 일본 특공평6-145892호, 일본등록특허 제2660644호, 일본등록특허 제2704350호, 일본등록특허 제3317303호 등).

상기 변태조직강은 소위 DP(Dual Phase)강, TRIP(Transformation Induced Plasticity)강, CP(Complex Phase)강 등으로 대별되며, 이들 변태조직강은 각각 모상과 제2상의 종류 및 분율에 따라 기계적 성질, 즉 인장강도 및 연신율 수준이 달라지게 되지만, 어떤 경우에도 인장강도와 연신율의 밸런스(TS X El)가 25,000이상의 값을 넘기는 경우는 거의 없다는 것은 이미 잘 알려져 있다.

한편, 상기 변태조직강외에 강중 C 및 Mn을 다량 첨가하여 강의 상을 거의 모두 오스테나이트로 존재하도록 제조하는 소위 TWIP(Twinning Induced Plasticity)강이 있다(PCT/FR05/02740, DE200454444 등). 상기 TWIP강의 경우, 인장강도와 연신율의 밸런스(TS X El)가 50,000MPa%이상의 값을 보임으로서 극히 우수한 재질 특성을 나타낸다.

그러나 도 1에서 보는 바와 같이 TWIP강을 제조하기 위해서는 C의 함량 0.4중량%인 경우는 Mn의 함량이 약 25중량%이상, C의 함량 0.6중량%인 경우는 Mn량이 약 20중량%이상이 되지 않으면 모상중에 쌍정(twinning)현상을 일으키는 오스테나이트가 안정적으로 확보되지 않고 가공성에 극히 해로운 HCP구조의 입실론 마르텐사이트(ε)와 BCT구조의 마르텐사이트(α')가 형성되기 때문에 상온에서 안정적으로 오스테나이트가 존재할 수 있도록 다량의 오스테나이트 안정화 원소를 첨가하여야 한다.

이와 같이 합금성분이 다량 첨가되는 TWIP강은 합금성분으로부터 기인하는 문제점 때문에 주조, 압연 공정 등의 제조기술이 매우 어려울 뿐만 아니라 경제적으로도 제조비용이 크게 상승하는 문제점이 있다.

따라서 상기 TRIP강 및 TWIP강의 단점 및 문제점을 보완하기 위하여 도 2에 나타난 바와 같이, 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El) 값이 25,000~50,000MPa%정도의 영역을 갖는 새로운 강재를 개발하려는 시도들이 있어왔다.

예컨데, 잔류 오스테나이트를 안정화시키기 위하여 판상의 마르텐사이트 사이에 레쓰(lath)상의 오스테나이트를 형성시키는 방법(Q&P, Quenching & Partitioning Process), 소둔 전에 레쓰(lath)상의 마르텐사이트를 형성시켜 잔류오스테나이트를 안정화시키는 방법(TAM, Trip Aided Annealed Martensite)들이 연구되어 왔다. 그러나 이들 방법 모두 기본적으로 C량이 0.4%이상을 갖는 강재를 이용하므로 용접성에 문제가 있으며, 또한 레쓰(lath)상의 마르텐사이트를 만들기 위한 별도의 설비투자 등이 필요하므로 상업적으로 생산이 매우 어렵다는 문제가 있다.

따라서, TRIP강 및 TWIP강의 문제점을 보완하고, 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)값이 25,000~50,000MPa% 정도의 강재를 용이하게 얻을 수 있는 방안이 절실한 실정이다.

본 발명의 일측면은 인장강도 600MPa 이상의 고강도 박강판을 제조함에 있어서, 아직 미지의 영역으로 남아있는 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El) 값이 25,000~50,000MPa%을 만족하는 연신율이 우수한 고강도 박강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.001~0.3%, Si: 5.0%이하(0은 제외), Mn: 3.0~18.0%, P: 0.02%이하(0은 제외), S: 0.01%이하(0은 제외), Al: 0.01~5.0%, N: 0.02%이하(0은 제외), B: 0.0005~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 미세조직의 주상이 페라이트와 오스테나이트의 2상으로 이루어지고, 상기 미세조직은 면적율로 페라이트가 10%이상, 오스테나이트 5% 이상을 포함하며, 상기 2상의 합이 65%이상을 만족하고, 나머지는 베이나이트, 마르텐사이트를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 1000~1250℃의 온도로 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연 온도 500~950℃로 열간압연하는 단계; 및

상기 열간압연된 열연강판을 750℃ 이하의 온도로 권취하는 단계를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, TRIP 등의 변태조직강에 비해 우수한 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El) 값이 25,000~50,000MPa%인 값을 얻을 수 있고, TWIP강과 비교할 때, 다량의 합금성분을 첨가할 필요가 없고, 복잡한 제조공정을 거칠 필요가 없어 경제적이다. 따라서 가전제품, 자동차 등의 산업분야에 대한 활용가능성이 매우 높은 이점이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 본 발명인 연신율이 우수한 고강도 박강판의 조성범위에 대하여 상세히 설명한다(이하, 중량%).

탄소(C)의 함량은 0.001~0.30%가 바람직하다. C는 잔류 오스테나이트 안정화를 위해서 첨가되는 중요한 원소로서, 0.001% 이상 첨가되어야 한다. 그러나 그 함량이 0.30%를 초과하면 주편 결함이 발생할 위험성이 증가할 뿐만 아니라. 용접성도 크게 저하되므로 그 상한을 0.30%로 한정하는 것이 바람직하다.

실리콘(Si)의 함량은 5.0%이하(0은 제외)가 바람직하다. Si는 탄화물이 석출하는 것을 억제하는 원소로서 잔류 오스테나이트의 안정화에 기여하며, 그 양이 통상의 수준을 넘어서는 0.5% 이상 첨가하면 900℃ 이상의 고온에서도 페라이트 상이 존재하므로 오스테나이트 안정화 원소의 분배(partitioning)에 도움을 주는 역할을 하지만 그 양이 5.0%를 초과하면 상기 고온에서도 페라이트 단상만이 존재하여 본 발명에서 목표로 하고 있는 미세조직을 만들 수 없으므로 그 상한을 5.0%로 한정하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)의 함량은 3.0~18.0%가 바람직하다. 강중 Mn은 잔류 오스테나이트의 형성 및 안정화를 위해서 변태조직강에 가장 많이 이용되는 원소로서 알려져 있으며 통상 TRIP강의 경우에는 3.0% 이내에서, 오스테나이트 단상인 TWIP강의 경우에는 18.0% 초과하는 것이 보통이며, 그 이유는 그 중간영역의 Mn량을 함유하면 마르텐사이트가 다량 생성되어 연신율이 크게 저하되기 때문이다. 그러나 본 발명에서는 고온에서 페라이트와 오스테나이트가 공존하도록 Mn의 분배를 조장함으로써, 상온에서까지 페라이트와 오스테나이트가 공존할 수 있도록 하므로 오히려 그 양이 3.0% 미만인 경우에는 상온에서 오스테나이트의 양을 확보하기 어렵고 18.0%를 초과하게 되면 TWIP강이 될 가능성이 크므로 그 함량을 3.0~18.0%로 한정하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 6.0~13.0%로 한다.

인(P)의 함량은 0.02%이하(0은 제외)가 바람직하다. 강중 P는 불순물 원소로서 그 함량이 0.02%를 초과하면 용접성이 저하되고 강의 취성이 발생할 위험성이 커지기 때문에 그 상한을 0.02%로 한정하는 것이 바람직하다.

황(S)의 함량은 0.01%이하(0은 제외)가 바람직하다. S는 P와 마찬가지로 강 중 불순물 원소로서, 강판의 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. 그 함량이 0.01%를 초과하면 강판의 연성 및 용접성을 저해할 가능성이 높기 때문에 그 상한을 0.01%로 한정하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al)의 함량은 0.01~5.0%가 바람직하다. Al은 강중 산소와 결합하여 탈산작용을 하므로 안정적인 탈산 효과를 얻기 위해서 그 함량이 0.01% 이상 유지되어야 한다. 또한 Al은 Si와 더불어 고온에서 대표적인 페라이트 영역 확장원소로서 그 함량이 1.5% 이상이 되면 900℃ 이상의 고온에서도 페라이트상이 오스테나이트상과 공존하도록 조장하여 오스테나이트 안정화 원소의 분배에 도움을 주는 역할을 하지만 그 양이 5.0%를 초과하면 상기 고온에서 페라이트 단상만이 존재하여 본 발명에서 목표로 하고 있는 페라이트와 오스테나이트가 주요 상으로 구성되는 미세조직을 만들 수 없을 뿐만 아니라, 경제적으로도 매우 불리하므로 그 상한을 5.0%로 한정하는 것이 바람직하다.

질소(N)의 함량은 0.02%이하(0은 제외)가 바람직하다. N은 오스테나이트를 안정화시키는데 유효한 작용을 하는 성분이지만, 0.02%를 초과하면 취성이 발생할 위험성이 크게 증가되므로 그 상한을 0.02%로 한정하는 것이 바람직하다.

보론(B)의 함량은 0.0005~0.01%가 바람직하다. B는 입계에 편석하여 입계의 결합강도를 증가시키는 역할을 하는 원소로서 취성을 감소시키는 효과를 보이지만, 그 함량이 0.0005% 미만인 경우에는 상기 효과를 얻기 어렵고, 0.01%를 초과하면 도금강판으로서 제조시 표면에 과다한 B이 농화되어 도금 밀착성의 열화를 초래할 수 있으므로 그 함량을 0.0005~0.01%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 성분 이외에 본 발명에서는 티탄(Ti): 0.005~0.3%, 니오븀(Nb): 0.005~0.3% 및 바나듐(V): 0.005~0.3%으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 추가적으로 첨가될 수 있다. 상기 Ti, Nb 및 V는 강판의 강도 상승 및 입경 미세화에 유효한 원소이다. 상기 Ti, Nb 및 V의 함량이 0.005% 미만인 경우에는 상기와 같은 효과를 확보하기 어렵고, 그 함량이 0.3%를 초과하게 되면 제조비용 상승 및 과다한 석출물로 인하여 연성을 크게 저하시킬 수 있다.

나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명인 용접성이 우수한 고강도 박강판의 미세조직에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명 박강판의 미세조직은 주요 상이 페라이트와 오스테나이트의 2상으로로 이루어지고, 면적율은 페라이트가 10% 이상이고, 오스테나이트가 5% 이상을 포함하며, 상기 페라이트와 오스테나이트 2상의 합이 65% 이상을 만족한다. 나머지는 베이나이트, 마르텐사이트 등의 조직으로 구성된다.

본 발명 박강판의 미세조직을 한정한 이유는 다음과 같다. 강판의 연신율을 증가시키기 위해서는 페라이트를 청정화시키거나 또는 잔류 오스테나이트가 강판에 존재하도록 하는 것이 중요하며, 특히 적어도 10% 이상의 페라이트가 존재하도록 해야 오스테나이트 단상강인 TWIP강의 문제점, 즉 합금원소를 다량 첨가함으로서 유발되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한 오스테나이트를 적어도 5% 이상 함유하여야 하는데, 오스테나이트의 면적율이 5% 미만에서는 연신율이 크게 저하되어 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)의 값이 25,000~50,000MPa%을 얻을 수 없기 때문이다.

또한 미세조직 중에 페라이트와 오스테나이트 2상의 합이 65% 미만이 되어 베이나이트나 마르텐사이트 등의 저온 변태조직이 증가하게 되면 강도는 증가하나 연신율이 크게 저하되기 때문에 본 발명에서 목표로 하는 인강강도 600MPa 이상이면서 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)값이 25,000~50,000MPa%인 박강판을 제조하는 것이 불가능하므로, 페라이트와 오스테나이트 2상의 합이 65% 이상이며, 나머지는 베이나이트, 마르텐사이트 등의 조직으로 구성되도록 한정한다.

이하, 본 발명인 연신율이 우수한 고강도 박강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 조성을 만족하는 강슬라브를 1000~1250℃의 온도범위로 재가열한 다. 상기 재가열온도가 1000℃ 미만이면 압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생하며, 1250℃를 초과하는 경우에는 에너지 비용이 증가할 뿐만 아니라, 표면 스케일량이 증가하는 문제가 발생된다. 특히 본 발명에서의 조성범위는 상기 재가열 온도범위에 해당하는 고온에서도 페라이트와 오스테나이트가 공존하는 영역이 존재하기 때문에 Mn 등의 치환형 고용원소의 분배(partitioning)가 원활하게 일어날 수 있다.

상기 재가열된 강슬라브를 압연하는데 마무리압연온도를 500~950℃로 한정한다. 마무리압연온도가 500℃ 미만이면 압연하중이 크게 증가하여 압연자체가 어려워지고, 950℃를 초과하게 되면 압연롤의 열피로가 크게 증가하여 수명단축의 원인이 되므로, 상기 온도범위로 한정한다.

상기 열간압연을 행한 후 750℃이하의 온도에서 권취한다. 권취시 강판의 온도가 750℃를 초과하게 되면 스케일이 발생하여 결함의 원인이 되므로, 그 상한을 750℃로 한정한다.

상기 방법으로 제조된 열간압연된 박강판은 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)값이 25,000~50,000MPa%인 강판의 제조가 가능하다.

또한 상기 열간압연된 박강판을 소재로 산세후 30~80%의 냉간압하율로 냉간 압연을 행하고, 650~850℃의 온도에서 연속소둔을 실시하여 냉간압연된 박강판을 제조할 수 있다. 상기 냉간압하율이 30% 미만에서는 소둔시 재결정을 위한 축적에너지가 부족하여 재결정이 일어나지 않고, 냉간압하율이 80%를 초과하는 경우에는 압연조업성이 크게 불안정해지고, 전력비용도 크게 상승하는 문제가 있다. 또한 상기 연속소둔하는데 있어서, 그 온도가 650℃ 미만인 경우에는 재결정이 일어나기 어렵고, 850℃를 초과하는 경우에는 열간압연된 박강판에 형성되어 있는 페라이트와 오스테나이트 조직이 오스테나이트 단상으로 되고 최종 소둔 조직에서 마르텐사이트 등의 경질상이 형성될 위험성이 크게 증대되어 상한을 한정한다.

또한 상기 열간압연된 박강판 및 냉간압연된 박강판에 용융아연도금을 행하여 용융아연도금 박강판을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

하기 표 1의 조성을 갖는 발명강과 비교강을 하기 표 2의 제조조건으로 제조하여 열연판, 냉연판 및 도금판 등을 제조하고, 이에 대한 기계적 성질(인장강도, 연신율)을 측정하고, 미세조직을 분석하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 이때 비교강은 기존의 TRIP강과 TWIP강의 성분계를 갖도록 조절하였다.

	C	Si	Mn	P	S	Al	B	N	기타	비고
1	0.09	1.3	13.0	0.01	0.003	2.30	0.0010	0.004	-	발명강
2	0.21	1.3	10.0	0.01	0.003	3.20	0.0008	0.004	-	발명강
3	0.23	1.3	6.0	0.01	0.003	3.10	0.0014	0.004	-	발명강
4	0.11	1.3	9.0	0.01	0.003	2.80	0.0011	0.004	0.01V	발명강
5	0.15	1.3	13.0	0.01	0.003	2.70	0.0010	0.004	0.02Nb	발명강
6	0.22	1.3	10.0	0.01	0.003	3.40	0.0014	0.004	0.03Ti	발명강
7	0.60	0.8	18.0	0.01	0.003	1.50	-	0.004	0.01Nb	비교강(TWIP)
8	0.60	0.3	22.0	0.01	0.003	0.04	-	0.004	-	비교강(TWIP)
9	0.18	1.5	1.8	0.01	0.003	0.05	-	0.004	0.03Cr	비교강(TRIP)

강종	제품구분	열연조건(℃)			냉간압하율 (%)	소둔온도 (℃)	비고
강종	제품구분	재가열온도	마무리압연온도	권취온도	냉간압하율 (%)	소둔온도 (℃)	비고
1	열연판	1150	850	700	-	-	발명강
1	냉연판	1150	850	700	55	780	발명강
2	열연판	1150	850	700	-	-	발명강
2	도금판	1150	850	700	55	810	발명강
3	열연판	1150	850	700	-	-	발명강
4	열연판	1150	850	700	-	-	발명강
5	열연판	1150	850	700	-	-	발명강
5	냉연판	1150	850	700	55	805	발명강
6	열연판	1150	850	700	-	-	발명강
6	도금판	1150	850	700	55	790	발명강
7	열연판	1200	880	600	-	-	비교강(TWIP)
7	냉연판	1200	880	600	55	800	비교강(TWIP)
8	냉연판	1200	880	700	55	780	비교강(TWIP)
9	냉연판	1200	880	350	55	800	비교강(TRIP)

강종	제품구분	재질특성		TS×El 밸런스	미세조직분율(%)		비고
강종	제품구분	인장강도(MPa)	연신율(%)	TS×El 밸런스	페라이트	오스테나이트	비고
1	열연판	820	46	37720	45	48	발명강
1	냉연판	813	50	40650	44	51	발명강
2	열연판	960	38	36480	32	45	발명강
2	도금판	940	41	38540	34	43	발명강
3	열연판	1120	28	31360	29	38	발명강
4	열연판	1050	34	35700	28	35	발명강
5	열연판	910	45	40950	43	46	발명강
5	냉연판	908	47	42676	43	47	발명강
6	열연판	940	43	40420	38	45	발명강
6	도금판	928	44	40832	37	44	발명강
7	열연판	940	58	54520	0	99	비교강(TWIP)
7	냉연판	930	60	55800	0	99	비교강(TWIP)
8	냉연판	880	63	55440	0	99	비교강(TWIP)
9	냉연판	690	28	19320	5	9.5	비교강(TRIP)

상기 표3에 나타난 바와 같이 본 발명의 방법에 의해 강판을 제조하는 경우 인장강도와 연신율 밸런스가 기존의 TWIP강 및 TRIP강의 중간정도 수준을 나타내며 미세조직도 주로 페라이트와 오스테나이트의 2상으로 구성된 박강판의 제조가 가능함으로써 기존의 TRIP강 및 TWIP강의 문제점 해결이 가능한 것이다.

도 1은 C의 함량과 Mn의 함량에 따른 강의 조직에 대한 그래프이다.

도 2는 인장강도와 연신율에 따른 본발명강과 비교강들의 분포를 나타낸 그래프이다.

Claims

중량%로, C: 0.001~0.3%, Si: 5.0%이하(0은 제외), Mn: 3.0~18.0%, P: 0.02%이하(0은 제외), S: 0.01%이하(0은 제외), Al: 1.5~5.0%, N: 0.02%이하(0은 제외), B: 0.0005~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,

미세조직의 주상이 페라이트와 오스테나이트의 2상으로 이루어지고, 상기 미세조직은 면적율로 페라이트가 10%이상, 오스테나이트 5% 이상을 포함하며, 상기 2상의 합이 65%이상을 만족하고, 나머지는 베이나이트, 마르텐사이트를 포함하며,

인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)의 값이 25,000~50,000MPa%를 만족하는 연신율이 우수한 고강도 박강판.
청구항 1에 있어서,

상기 박강판에 추가적으로 Ti: 0.005~0.3%, Nb: 0.005~0.3% 및 V: 0.005~0.3%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판.
삭제
중량%로, C: 0.001~0.3%, Si: 5.0%이하(0은 제외), Mn: 3.0~18.0%, P: 0.02%이하(0은 제외), S: 0.01%이하(0은 제외), Al: 1.5~5.0%, N: 0.02%이하(0은 제외), B: 0.0005~0.01%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1000~1250℃의 온도로 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연 온도 500~950℃로 열간압연하는 단계; 및

상기 열간압연된 열연강판을 750℃이하의 온도로 권취하는 단계

를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판의 제조방법.
청구항 4에 있어서,

상기 강 슬라브는 추가적으로 Ti: 0.005~0.3%, Nb: 0.005~0.3% 및 V: 0.005~0.3%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판의 제조방법.
청구항 4 또는 5에 있어서,

상기 권취된 열연강판을 산세 후 30~80%의 냉간압하율로 냉간압연하는 단계; 및

상기 냉간압연된 냉연강판을 650~850℃의 온도범위로 연속소둔하는 단계

를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판의 제조방법.
청구항 6에 있어서,

상기 연속소둔을 행한 후 용융아연도금처리하여 용융아연도금강판을 제조하는 단계를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 박강판의 제조방법.