KR101149269B1

KR101149269B1 - 냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법

Info

Publication number: KR101149269B1
Application number: KR1020090036715A
Authority: KR
Inventors: 나광수; 안지훈; 신영문
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR20100117968A

Abstract

본 발명은 냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄소(C) 0.003~0.01wt%, 망간(Mn) 0.01~0.3wt%, 황(S) 0.005~0.01wt%, 알루미늄(Al) 0.01~0.1wt%, 질소(N) 0.004~0.01wt%, 인(P) 0.05~0.1wt%, 보론(B) 0.0005~0.002wt%, 티타늄(Ti) 0.02~0.06wt%, 니오븀(Nb) 0.005~0.020wt%를 포함하고, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것이다.

또한, 상기한 조성으로 이루어진 강슬라브를 열간 마무리 압연 후 냉각속도, 권취온도를 제어한 것이다. 이에 따르면 본 발명은 열간압연시 석출물 형성을 제어하여 중간재인 열연강판의 항복강도를 낮춤으로써 냉간압연성을 향상시키는 유용한 효과를 갖는다.

열연강판, 냉간압연성, IF강

Description

냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법{Method for producing of hot-rolled steel sheet having cold rolling}

본 발명은 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 내, 외판용으로 사용되는 냉연강판은 강도와 성형성의 확보를 위해 합금원소가 첨가된다. 일반적으로 사용되는 냉연강판은 강도와 성형성의 확보를 위해 내시효성이 요구된다.

시효는 시간이 경과하면서 침입형 고용원소인 탄소(C)와 질소(N)가 전위에 고착함에 따라 경화가 일어나면서 스트레쳐 스트레인(Stretcher Strain)이라는 결함을 일으키는 일종의 변형시효현상이다.

냉연강판의 내시효성은 알루미늄 킬드강의 상소둔에 의해 확보 가능하나, 상소둔은 소둔시간이 길어 생산성이 낮고 부위별로 재질편차가 심하다는 단점이 있다. 따라서 Ti, Nb과 같은 강력한 탄, 질화물 형성원소를 첨가하여 연속 소둔하는 IF(Interstitial Free Steel)강을 주로 이용하고 있다. 상기 IF강은 고용탄소나 고용질소를 완전히 또는 일부 제거하여 내시효성을 확보하게 된다.

하지만 내시효성 확보후 IF강의 강도는 감소되고, 이와 같은 문제를 해결하고자 IF강에 Mn, Si, P의 합금원소를 첨가하여 IF강의 고강도화를 도모하게 된다.

그러나 Nb가 첨가되는 IF강은, 고강도 확보는 용이하나 석출물 형성과 재결정 지연으로 인한 결정립미세화 효과로 인해 항복강도가 증가하여 냉간압연성이 열화되는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위하여 Nb, Mn 등의 합금원소의 첨가량을 줄일 수 도 있으나 이는 IF강의 강도저하를 수반하므로 이에 대한 개선책이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉간압연성이 향상되도록 합금원소의 함량 및 첨가량을 조절하고 석출물을 제어하는 냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 탄소(C) 0.003~0.01wt%, 망간(Mn) 0.01~0.3wt%, 황(S) 0.005~0.01wt%, 알루미늄(Al) 0.01~0.1wt%, 질소(N) 0.004~0.01wt%, 인(P) 0.05~0.1wt%, 보론(B) 0.0005~0.002wt%, 티타늄(Ti) 0.02~0.06wt%, 니오븀(Nb) 0.005~0.020wt%를 포함하고, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강슬라브를 Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 3~4시간 유지한 후에, Ar3~Ar3+100의 온도로 열간 마무리 압연을 행하여 강판으로 제조하고, 냉각하여 400℃~600℃에서 권취한다.

상기 강판은 석출물 형성을 제어하도록 열간 마무리 압연 후 30℃/sec~50℃/sec의 냉각속도로 냉각한다.

탄소(C) 0.003~0.01wt%, 망간(Mn) 0.01~0.3wt%, 황(S) 0.005~0.01wt%, 알루미늄(Al) 0.01~0.1wt%, 질소(N) 0.004~0.01wt%, 인(P) 0.05~0.1wt%, 보론(B) 0.0005~0.002wt%, 티타늄(Ti) 0.02~0.06wt%, 니오븀(Nb) 0.005~0.020wt%를 포함하고, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

본 발명은 Nb첨가형 IF강에서 냉간압연성을 악화시키는 Mn, Nb의 함량을 낮추고 P와 Ti의 첨가 및 열간 마무리 압연 후 냉각속도와 권취온도를 제어를 통해 열간압연 후의 항복강도를 낮춘다.

이는 냉간압연시 압연부하를 줄이므로 강판의 생산성 및 압연롤의 교체시기를 늦출 수 있는 등의 효과를 가진다.

또한 본 발명은 P와 B가 복합작용하여 냉간압연 후 소둔공정에서 열간압연 후의 저하된 강판의 강도를 보상하므로 냉간압연 후 인장강도가 낮아지는 폭이 낮아진다. 따라서 본 발명은 가공성과 고강도 특성을 유지하면서 냉간압연성을 향상시키는 유용한 효과를 갖는다.

이하 본 발명에 의한 냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 열연강판은 탄소(C) 0.003~0.01wt%, 망간(Mn) 0.01~0.3wt%, 황(S) 0.005~0.01wt%, 알루미늄(Al) 0.01~0.1wt%, 질소(N) 0.004~0.01wt%, 인(P) 0.05~0.1wt%, 보론(B) 0.0005~0.002wt%, 티타늄(Ti) 0.02~0.06wt%, 니오븀(Nb) 0.005~0.020wt%를 포함하며, 잔부가 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어져 있다.

본 발명의 열연강판은 성분설계에 따라 340MPa이상의 고강도 열연강판의 특성을 갖는다.

본 발명은 Nb과 같은 강력한 탄, 질화물 형성 원소를 첨가하여 고용탄소나 고용질소를 완전히 또는 일부를 제거하는 IF강(Interstitial Free Steel)을 이용한다.

단, 냉간압연성을 악화시키는 Mn, Nb의 함량을 낮추고 P와 Ti의 함량 증가 및 미량의 고용강화원소(Nb,B) 첨가를 통해 열간압연 후 항복강도와 인장강도를 낮추어 냉간압연성을 향상시킨다.

그리고, Mn, Nb의 함급원소의 함량을 줄임에 따라 발생되는 강도저하는 P와 B의 복합효과와 냉간압연 후 소둔공정을 통해 보완한다.

이와 같이 IF강에서 Mn, Nb 등의 합금원소의 첨가량을 낮추는 합금설계는 일반 IF 고강도강판에 비해 열연강판의 항복강도가 낮아 냉간압연이 용이하다. 따라서 강판의 생산성을 향상시키고 압연롤의 교체시기를 늦출 수 있는 등의 효과가 있다.

본 발명의 기본성분이 되는 합금원소들의 기능과 함유량은 다음과 같다.

탄소(C) 0.003~0.01wt%

탄소(C)는 강에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소이다. 탄소는 함량이 0.01wt%를 초과할 경우에는 고용탄소가 내시효성을 크게 악화시키므로 상기 고용탄소를 제거하기 위해 고가의 Ti를 많이 첨가해야 한다. 이 경우 제조원가가 상승하고 향후 용융아연도금을 할 경우 표면에 산화물을 형성시켜 도금성이 저하되는 문제가 발생된다.

그리고 바람직한 탄소의 함량은 0.003wt%이상이다. 왜냐하면 탄소의 함량이 0.003wt%미만의 경우에는 TiC석출물의 양이 줄어들어 고용강화 원소를 첨가해야 하므로 제조원가가 상승하고, 도금특성이나 2차가공취성에 취약함을 나타낼 수 있기 때문이다.

망간(Mn) 0.01~0.3wt%

망간(Mn)은 강에 고용된 황(S)을 MnS로 석출하여 고용 황에 의한 적열취성(Hot shortness)을 방지하는 고용강화원소로 알려져 있다. 망간은 Nb과 함께 첨가되면 재결정을 지연시키면서 결정립미세화를 유도하여 강의 인장강도를 향상시킨다.

따라서 망간의 함량을 높게 첨가하는 것이 일반적이나 본 발명에서는 열연강판의 인장강도 증가를 방지하기 위해 함량을 0.3wt%이하로 제한한다.

그리고 상술한 특성을 일정부분 확보하기 위해서는 망간의 함량이 0.01wt% 이상은 되어야 한다. 왜냐하면 상기 망간의 함량이 0.01wt%미만의 경우에는 Mn에 의한 강도확보가 어렵기 때문이다.

황(S) 0.005~0.01wt%

황(S)은 망간(Mn)과 반응하여 미세한 MnS의 석출물을 형성한다. 황의 함량이 0.005wt%미만의 경우에는 상기한 석출물의 석출량이 적을 뿐만 아니라 석출되는 석출물의 숫자가 매우 적다. 본 발명에서는 Mn의 함량이 적으므로 황의 함량이 0.01wt% 초과하면 고용된 황의 함량이 많아 연성 및 성형성이 크게 낮아지며, 적열 취성의 우려가 있다.

알루미늄(Al) 0.01~0.1wt%

알루미늄(Al)은 강 중의 질소(N)와 결합하여 미세한 AlN석출물을 형성하여 결정립을 미세화하며 석출강화에 의한 강도향상 효과를 가진다.

알루미늄은 함량이 0.01w%미만이면 AlN 석출물의 양이 줄어들어 충분한 강도확보가 어렵고, 0.1w%를 초과하면 연주에 어려움이 있어 생산성을 저하시키며 항복강도가 지나치게 상승할 수 있다.

질소(N) 0.004~0.01wt%

질소(N)는 AlN의 형성으로 결정립을 미세화한다. 질소는 함량이 0.004wt% 미만이면 석출되는 AlN의 숫자가 적어 결정립미세화 및 석출강화의 효과가 적고, 질소의 함량이 0.01wt%를 초과하면 고용질소에 의한 시효보증이 곤란하다.

인(P) 0.05~0.1wt%

인(P)은 고용강화 효과가 높으면서 r값(소성변형비)의 저하가 적은 원소로 소량첨가에 의한 효과가 상당하다. 따라서 본 발명에서와 같이 석출물을 제어하는 강에서 고강도를 확보할 수 있다. 인은 강도향상을 위해 0.05wt%의 첨가가 필요하나 0.1wt%를 초과하면 결정입계에 편석되어 2차가공취성을 발생시키므로 0.05~0.1wt% 범위로 첨가한다.

보론(B) 0.0005~0.002wt%

보론(B)은 인(P) 첨가로 인해 발생할 수 있는 2차가공취성을 방지하기 위해 첨가된다. 본 발명에서 보론은 0.0005wt%이상 첨가되는 것이 바람직하며 0.002w%를 초과하여 첨가될 경우 편석에 의한 재질편차가 발생될 수 있으므로 0.0005~0.002wt% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti) 0.02~0.06wt%

티타늄(Ti)은 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 가공성 향상을 목적으로 첨가한다. 티타늄은 강 중의 고용탄소 및 고용질소를 TiC, TiN등의 석출물 형태로 석출시켜 강 중의 고용원소를 제거함으로써 비시효성과 가공성을 확보한다. 티타늄은 니오븀보다 강한 탄,질화물 형성원소로써 니오븀보다 먼저 고용탄소와 고용질소를 석출시킨다.

티타늄은 첨가량이 0.02wt%미만이면 석출에 필요한 Nb를 제외하고 고용되는 Nb의 함량이 적어 강도향상의 효과가 거의 없다. 또한 티타늄은 0.06wt%를 초과하면 고용탄소와 고용질소의 양이 적어지므로 고용되는 Nb가 증가하면서 항복강도가 증가하여 가공성을 약화시킨다.

니오븀(Nb) 0.005~0.020wt%

니오븀은 고용탄소를 석출시켜 가공성을 향상시킬 목적으로 첨가한다. 니오븀은 강력한 탄화물 생성 원소로 고용상태의 탄소를 NbC석출물 형태로 석출함으로써 비시효성과 가공성을 확보한다.

니오븀은 첨가량이 0.005wt%미만이면 NbC석출물의 석출량이 너무 적어 고용탄소에 의한 시효보증이 곤란하고, 0.020wt%를 초과하면 고용되는 Nb가 증가하면서가공성을 저하시키고 항복강도를 증가시켜 냉간압연성을 악화시킨다. 따라서 니오븀의 함량은 0.005~0.020wt% 사이인 것이 바람직하다.

상술한 성분계에서 열간압연 후 석출물은 생성되지 않도록 하는 것이 중요하다. 통상, Mn, Nb의 함량을 낮추고 P, Ti 등의 합금원소를 첨가하는 합금설계는 고용탄소의 제어가 어려운 점 등으로 인해 열연단계에서 FeTiP석출물이 발생하기 쉽다.

그리고, 열연단계에서 FeTiP석출물이 발생되면 열간압연 후 석출물이 미세하게 형성되면 항복강도가 증가하고, 권취 후 석출된 석출물이 냉간압연과 소둔 과정에서 성장하여 강판의 최종강도를 저하시킨다. 따라서 열간압연 조건의 제어가 중요하다.

특히, 본 발명은 상술한 성분계를 만족하는 강을 열간압연을 통해 NbC와 AlN석출물이 석출되지 않거나, 석출되더라도 그 평균크기가 0.05㎛이하를 만족하도록 미세하게 형성한다. 열간압연 후 강판의 NbC, AlN석출물의 평균크기는 성분설계와 함께 재가열 온도, 권취온도 등의 제조공정에 영향을 받으나, 특히 열간압연 후의 냉각속도에 직접적인 영향을 받는다.

[열간압연조건]

상기한 합금원소로 조성된 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 3-4시간 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 저하되고, 강도가 낮아지기 때문이다. 따라서 Ar3점 이상 Ar3+100이하에서 열간 마무리압연을 행하는 것이 바람직하다.

그리고 열연강판의 열간압연 후 냉각라인으로 강판이 최대한 빨리 들어갈 수 있도록 최종 압하율을 높게 해주어 결정립의 성장을 막아주어야 하며, 냉각속도는 30℃/sec이상 50℃/sec이하로 하는 것이 바람직하다.

이때, 본 발명에 따른 미세한 석출물을 얻기 위하여 그 성분비를 제어하더라도 냉각속도가 30℃/sec 미만이면 석출물의 평균크기가 0.1㎛를 초과할 수도 있다.

[권취조건]

상기와 같이 열간압연한 다음에는 권취를 행하는데, 권취온도는 400℃이상 600℃이하가 바람직하다. 권취온도가 400℃미만의 경우에는 급속냉각으로 인하여 결정립이 미세화되므로 열연강판의 항복강도가 증가하여 냉간압연성이 열화되고, 강판의 형상제어나 표면품질관리에도 어려움이 있다.

600℃초과의 경우에는 FeTiP석출물 형성으로 인해 열연 후 인장강도가 증가하여 냉간압연성을 저하시킨다. 그리고 이때 형성된 석출물은 냉간압연 후 소둔시에 너무 조대하게 성장하여 최종적으로 결정립미세화 효과가 떨어지며 강도확보를 곤란하게한다.

권취 후, 냉간압연과 연속소둔 공정을 추가로 수행할 수 있다. 예컨데, 냉간압연의 경우에는 소둔재결정 핵생성량 및 결정립 크기를 고려하여 50~70%로 행하고, 연속소둔은 대략 850℃이하의 온도에서 수행한다.

냉간압연 소둔 후 석출물은 미세하게 분포할 수록 유리하고, 특히 NbC석출물과 AlN석출물의 평균크기는 0.1㎛이하인 것이 바람직하다.

실험결과에 따르면, 석출물의 평균크기가 0.1㎛를 초과하는 경우 강도가 낮아지고 면내이방성지수가 좋지 않다. 나아가, 본 발명의 성분계에서는 0.1㎛이하의 석출물이 다량 분포하는데, 그 분포수는 특별히 제한하지는 않는다.

이하, 본 발명에 따른 냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조방법을 실시예와 비교예를 통해 상세하게 설명하기로 한다.

하기의 표 1은 실시예와 비교예의 합금설계를 나타낸 것이다.

(잔부Fe, wt%)

구분	C	Mn	P	S	Al	N	Ti	Nb	B	비고
비교예1	0.0060	0.50	0.045	0.0068	0.04	0.0043	0.01	0.04	0.0006	340MPa급
비교예2	0.0055	0.45	0.043	0.0063	0.05	0.0055	0.01	0.04	0.0007	340MPa급
비교예3	0.0070	1.10	0.064	0.0057	0.04	0.0054	0.03	0.06	0.0007	390MPa급
비교예4	0.0085	1.59	0.050	0.0061	0.02	0.0061	0.03	0.07	0.0009	440MPa급
비교예5	0.0075	1.98	0.072	0.0060	0.04	0.0044	0.04	0.07	0.0006	440MPa급
실시예1	0.0040	0.1	0.085	0.0068	0.04	0.0043	0.04	0.01	0.0006	340MPa급
실시예2	0.0055	0.1	0.076	0.0063	0.05	0.0055	0.04	0.01	0.0007	340MPa급
실시예3	0.0050	0.2	0.074	0.0057	0.04	0.0054	0.05	0.02	0.0015	390MPa급
실시예4	0.0055	0.2	0.080	0.0061	0.02	0.0061	0.05	0.02	0.0018	440MPa급
실시예5	0.0057	0.3	0.092	0.0060	0.04	0.0044	0.06	0.02	0.0017	440MPa급

구분	열연 기계적물성			냉연 기계적물성				비고
구분	TS	YS	EL	TS	YS	EL	r-value	비고
비교예1	420	360	36	370	271	40	1.6	340MPa급
비교예2	401	359	37	362	265	38	1.6	340MPa급
비교예3	580	460	32	410	318	36	1.5	390MPa급
비교예4	620	551	30	460	386	34	1.6	440MPa급
비교예5	652	593	30	472	395	33	1.4	440MPa급
실시예1	358	316	42	358	265	42	1.9	340MPa급
실시예2	392	329	40	360	266	40	1.9	340MPa급
실시예3	490	346	39	407	305	38	1.8	390MPa급
실시예4	536	385	37	441	365	38	1.7	440MPa급
실시예5	542	391	35	452	371	36	1.6	440MPa급

[TS(MPa):인장강도, YS(MPa):항복강도, EL(%):연신율, r값:소성변형비]

표 1과 표 2의 실시예와 비교예를 통해 Mn, Nb의 함량을 낮추고 P: 0.05~0.1wt%, Ti:0.02~0.06wt%의 범위로 첨가시킨 합금설계로 열연강판의 항복강도를 낮춰 냉간압연성을 향상시킬 수 있다.

Mn, Nb의 함량을 낮추고 P와 Ti를 상기 범위로 첨가한 실시예의 경우 동급 비교예에 비해 항복강도가 낮았고, 냉간 압연 후의 인장강도가 낮아지는 폭도 감소하였다.

예를 들어, 비교예 1의 경우 열간압연 후 항복강도가 360MPa인데 비해, 실시예 1의 경우는 316MPa로 낮았으며, 냉간압연 후 인장강도가 낮아지는 폭도 비교예 1의 경우에는 50MPa이고 실시예 1의 경우에는 낮아지지 않았다.

그리고, 비교예 2의 경우도 열간압연 후 항복강도가 359MPa인데 비해, 실시예 2의 경우 329MPa로 낮았으며, 냉간압연 후 인장강도가 낮아지는 폭도 비교예 2의 경우에는 39MPa이고 실시예 2의 경우 32MPa이다.

통상, 냉연의 기계적물성(예컨데, 인장강도, 항복강도)은 망간 등의 영향으로 열연의 기계적물성에 비해 낮아지는데, 본 발명의 경우에는 냉연의 기계적물성이 열연의 기계적물성에 비해 낮아지는 폭이 감소하였으며, 열간압연 후 항복강도도 낮았다.

그리고, 실시예의 경우에는 심가공성에 유리한 r값이 1.7이상 확보된다.

위 실험결과로부터 Nb와 Mn의 함량을 낮춘 IF강에서 P: 0.05~0.1wt%, Ti:0.02~0.06wt%의 첨가와 열간압연 조건을 제어로 열연강판의 항복강도를 낮춰 냉간압연성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, P와 B의 복합작용으로 냉간압연 후 강판의 인장강도가 낮아지는 폭도 줄일 수 있음을 알 수 있다. 따라서 가공성과 고강도 특성을 유지하면서 냉간압연성을 향상시킨 강판의 제조가 가능함을 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

탄소(C) 0.003~0.01wt%, 망간(Mn) 0.01~0.3wt%, 황(S) 0.005~0.01wt%, 알루미늄(Al) 0.01~0.1wt%, 질소(N) 0.004~0.01wt%, 인(P) 0.05~0.1wt%, 보론(B) 0.0005~0.002wt%, 티타늄(Ti) 0.02~0.06wt%, 니오븀(Nb) 0.005~0.020wt%를 포함하고, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강슬라브를

Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 3~4시간 유지한 후에,

Ar3~Ar3+100의 온도로 열간 마무리 압연을 행하여 강판으로 제조하고, 냉각하여 400℃~600℃에서 권취하며,

상기 강판은 석출물 형성을 제어하도록 열간 마무리 압연 후 30℃/sec~50℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 냉간압연성이 우수한 고강도 열연강판의 제조방법.
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