KR101412286B1

KR101412286B1 - 초고강도 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101412286B1
Application number: KR1020120070330A
Authority: KR
Inventors: 유은지; 구남훈; 김성주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-06-25
Also published as: KR20140002278A

Abstract

탄화물 형성 원소 첨가 및 공정 조건의 제어를 통하여, 압연 종료 후부터 냉각 전까지의 온도 구간에서 형성되는 페라이트 변태 온도를 수 초 이상 유지함으로써, 석출 강화 극대화를 할 수 있는 초고강도 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 초고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0.1% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 바나듐(V) : 0.1% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.15% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.5% 이하 및 질소(N) : 0.001~0.005%를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계; 상기 재가열된 판재를 조압연한 후, FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃로 마무리 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각한 후, 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초고강도 강판 및 그 제조 방법{ULTRA HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE STEEL SHEET}

본 발명은 초고강도 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 석출강화 효과를 증대시킴으로써 고버링성을 갖는 초고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 업계는 연비 향상 및 CO₂ 저감을 위하여 소재의 경량화를 요구하고 있다. 이에 따라, 자동차 부품에 적용되는 강판은 경량화를 위하여 고강도화되고 있다.

그 중에서도 합금원소 함량을 저감하면서도 초고강도 특성을 나타내는 마르텐사이트 구조(Martensitic structure)에 관심이 높아지고 있다. 마르텐사이트 강은 고온(약 Ar3이상)의 오스테나이트 상이 매우 빠른 속도로 냉각시 무확산 변태로 생성되는 매우 높은 경도를 가지는 상이다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0046687호(2011.05.06. 공고)에 개시된 초고강도 열연강판 및 그 제조방법이 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 고강도를 가지면서도 석출 강화 효과를 증가시킬 수 있는 초고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.01% 이하, 바나듐(V) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05~0.3%, 티타늄(Ti) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0% 초과 내지 0.5% 이하 및 질소(N) : 0.001~0.005%를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계; 상기 재가열된 판재를 조압연한 후, FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃로 마무리 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각한 후, 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하고, 상기 열간 압연 종료 후, 상기 냉각 시작 전에 2~6초동안 유지하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬라브 재가열 단계는 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1180~1250℃에서 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 권취 단계는 CT(Coiling Temperature) : 500~700℃에서 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각은 1~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.01% 이하, 바나듐(V) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05~0.3%, 티타늄(Ti) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0% 초과 내지 0.5% 이하 및 질소(N) : 0.001~0.005%를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,

인장강도(TS) : 900 ~ 1100 MPa 및 항복강도(YS) : 800 ~ 980 MPa를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초고강도 강판 제조 방법에 의하면, 티타늄, 니오븀, 몰리브덴 및 바나듐 등의 탄화물 형성 원소 첨가 및 공정 조건의 제어를 통하여, 석출 강화 극대화를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초고강도 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

고강도 강판

본 발명에 따른 초고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.01% 이하, 바나듐(V) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05~0.3%, 티타늄(Ti) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0% 초과 내지 0.5% 이하 및 질소(N) : 0.001~0.005%를 포함한다.

상기 성분들 외에 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하 본 발명에 따른 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.

탄소(C)

탄소(C)는 강의 강도 증가에 기여하는 원소이다.

상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.04~0.1중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소 첨가량이 0.04중량% 미만인 경우, 원하는 강도를 확보하기 어렵다. 반대로, 탄소 첨가량이 0.1중량%를 초과하는 경우, 용접성 및 인성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘( Si )

실리콘(Si)은 강도 확보에 기여하며, 또한 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.3중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 실실리콘의 첨가량이 0.3 중량%를 초과할 경우 용접성 및 도금성이 저하되는 문제점이 있다.

망간( Mn )

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간의 첨가는 탄소의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다.

상기 망간은 강판 전체 중량의 1.0~2.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간이 첨가량이 1.0중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 2.5중량%를 초과하는 경우, MnS계 비금속개재물을 과다하게 생성하여, 용접시 크랙 발생 등 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.

인(P)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 강판 제조시 편석 가능성이 큰 원소로서, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 용접성을 악화시킬 수 있다.

이에 본 발명에서는 인의 함량을 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.1중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 망간과 결합하여 MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하여 용접성을 저해하고, 성형시 가공성을 저해하는 요소이다. 특히 마르텐사이트 미세조직에서는 선형의 MnS가 상간 경도차가 심한 결정립계에 보이드를 다량 발생시켜 굽힘특성에 매우 열위하게 하므로 최소 관리가 필요하다.

따라서, 본 발명에서는 황의 함량을 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.01 중량% 이하로 제한하였다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 고용강화 및 저온에서 니오븀(Nb)과 함께 복합 석출물 형성을 통해 강도 향상에 기여한다.

바나듐은 강판 전체 중량을 0.1 중량%를 초과하여 첨가할 경우 용접성을 저하시키고, 저온에서의 과다한 석출에 의하여 권취시 문제를 발생할 수 있다.

이에 본 발명에서는 바나듐의 함량을 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.1 중량% 이하로 제한하였다.

니오븀( Nb )

니오븀(Nb)은 석출물 형성원소로서 강의 강도에 가장 큰 영향을 주는 원소 중 하나이며, 강 중에 탄질화물을 석출하거나 Fe 내 고용강화를 통하여 강의 강도를 향상시키는 원소이다.

상기 니오븀은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 함량이 0.05 중량% 이상일 때 충분한 니오븀 첨가 효과를 가진다. 반면, 니오븀의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우 과다한 석출로 인하여 연주성, 압연성 및 연신율을 저하시킬 수 있다.

티타늄( Ti )

본 발명에서 티타늄(Ti)은 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 함께 또 다른 석출물 형성원소로서, 슬라브 재가열시 TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여 강도를 증대시키는 역할을 한다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.15 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄의 함량이 0.15 중량%를 초과하면 TiN석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되고, 제조되는 강판의 표면 결함을 유발시킬 수 있다.

몰리브덴( Mo )

몰리브덴(Mo)은 경화능 증가를 통해 강도 확보에 기여한다. 상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.5 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.5 중량%를 초과할 경우 제조되는 강판의 인성이 저하될 수 있으며, 또한 강판 제조 비용을 크게 상승시킬 수 있다.

질소(N)

질소(N)는 불가피한 불순물로써, 다량 함유될 경우 고용 질소가 증가하여 강판의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부의 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.

이에, 본 발명에서는 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0.001~0.005중량% 로 제한하였다.

강판 제조 방법

이하, 상기 조성을 갖는 본 발명에 따른 초고강도 강판 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 강판 제조 방법을 나타낸 순서도로서, 열연강판 제조 방법을 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 도시된 초고강도 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120) 및 권취 단계(S130)를 포함한다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.01% 이하, 바나듐(V) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05~0.3%, 티타늄(Ti) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0% 초과 내지 0.5% 이하 및 질소(N) : 0.001~0.005%를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 재가열한다.

슬라브 판재의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature : SRT)는 1180 ~ 1250 ℃인 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1180℃ 미만이면 주조시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하고, 니오븀(Nb) 등의 석출물 용해가 충분치 이루어지지 않는 문제점이 있다. 반대로 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과하면 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 미세 조직의 페라이트가 조대화되어 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.

열간압연

열간압연 단계(S120)에서는 슬라브 재가열 단계(S110)를 통하여 재가열된 슬라브 판재를 열간 압연한다.

본 발명에서 열간압연 단계는 다시 조압연 단계(S122) 및 마무리압연 단계(S124)로 구분된다.

조압연(S122)은 오스테나이트 재결정영역에서 실시된다.

마무리 압연 단계(S124)에서 마무리 압연 온도(FDT)는 800~900℃인 것이 바람직하다. 상기 온도 범위에서 압연이 마무리될 경우, 압연 후 냉각 전 강판의 조직이 오스테나이트 상이 될 수 있다. 만일, 마무리 압연 온도가 900℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않으며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 마무리 온도가 800℃ 미만으로 실시될 경우에는 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

열간 압연 종료 후, 냉각 시작의 온도인 700~900℃에서, 2~6초 동안 유지함으로써, 석출강화 효과를 극대화 할 수 있다. 이때, 2~6초동안 유지하는 것은, 자연 냉각 상태도 포함하는 것이 바람직하다.

냉각/ 권취

냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 판재를 1~100℃/sec의 평균냉각속도로 냉각한 후, 권취한다.

냉각/권취 단계(S130)에서 냉각 종료 온도에 해당하는 권취 온도(Coiling Temperature : CT)는 500 ~ 700℃인 것이 바람직하다. 권취 온도(CT)가 700℃를 초과할 경우, 조대한 미세조직 형성으로 인하여 강도 확보가 불충분하며, 반대로, 권취 온도(CT)가 500℃ 미만일 경우 충분한 강도를 확보할 수 있으나, 버링성을 확보하기 어려울 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편의 제조

표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1,2 및 비교예 1에 열연시편을 제조하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

2. 기계적 특성 평가

표 2를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 시편의 경우, 인장강도가 900~1100MPa, 홀확장률(HER)은 80~120%를 만족하였다.

그러나, 비교예 1의 경우, 몰리브덴과 질소가 첨가되지 않은 결과, 인장강도가 850MPa에 불과하였으며, 홀 확장성이 매우 낮았으며, 그 결과 버링성이 실시예 1 및 실시예 2에 비하여 현저히 낮음을 알 수 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 시편은 석출물이 형성되는 것을 볼 수 있으며, 특히, 페라이트 변태 시작 온도인 850℃에서 가장 많은 석출물이 형성되는 것을 볼 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S122 : 조압연 단계
S124 : 마무리 압연 단계
S130 : 권취 단계

Claims

중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.01% 이하, 바나듐(V) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05~0.3%, 티타늄(Ti) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0% 초과 내지 0.5% 이하 및 질소(N) : 0.001~0.005%를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 슬라브 재가열 단계;
상기 재가열된 판재를 조압연한 후, FDT(Finishing Delivery Temperature) : 800 ~ 900℃로 마무리 압연하는 열간압연 단계; 및
상기 열간압연된 판재를 냉각한 후, 권취하는 냉각/권취 단계;를 포함하고,
상기 열간 압연 종료 후, 상기 냉각 시작 전에 2~6초동안 유지하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브 재가열 단계는
SRT(Slab Reheating Temperature) : 1180~1250℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 권취 단계는
CT(Coiling Temperature) : 500~700℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각은
1~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판 제조 방법.
중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.01% 이하, 바나듐(V) : 0% 초과 내지 0.1% 이하, 니오븀(Nb) : 0.05~0.3%, 티타늄(Ti) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0% 초과 내지 0.5% 이하 및 질소(N) : 0.001~0.005%를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
인장강도(TS) : 900 ~ 1100 MPa 및 항복강도(YS) : 800 ~ 980 MPa를 갖는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
홀 확장률(HER) : 80~150%를 갖는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판.