KR101412340B1 - 고강도 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 고강도를 가지면서도 버링성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.10%, 실리콘(Si) : 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.05~0.5%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.30%, 질소(N) : 10~50ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하고, 상기 열간압연은 개시온도가 950~1100℃인 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 강판 및 그 제조 방법 {HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 및 공정 제어를 통하여 석출강화 효과를 증대시킴으로써 고강도를 나타낼 수 있는 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업은 각종 환경 규제와 충돌안정성 규제의 강화로 인하여 고장력강 적용을 통한 차체 경량화와 충돌 성능 향상이 요구되고 있으며, 동시에 복잡한 형상의 부품을 제조하기 위하여 고성형성 또한 요구되는 실정이다.
특히 휠이나 로어암 등의 구조부재에 사용되는 강종들은 가공된 홀을 확장시키는 버링(burring)성 또한 필요하게 되어, FB(ferrite-bainite)강과 같은 고버링성강이 사용되고 있는데, 현재 상용화된 제품들은 인장강도 780MPa급의 수준에 불과하다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0047022호(2010.05.07. 공개)에 개시된 초고강도 고버링성 열연강판 및 그 제조 방법이 있다.
본 발명의 목적은 크롬, 니오븀 등의 합금성분 조절 및 열간압연 등의 공정 조건 제어를 통하여 인장강도 900MPa 이상의 고강도를 가지면서도 버링성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.10%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.05~0.5%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.30%, 질소(N) : 10~50ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하고, 상기 열간압연은 개시온도가 950~1100℃인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 슬라브 판재는 티타늄(Ti) : 0.15% 이하 및 몰리브덴(Mo) : 0.5% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 권취는 450~650℃에서 수행될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.10%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.05~0.5%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.30%, 질소(N) : 10~50ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도 900~1100MPa 및 80~150%의 홀확장률을 나타내는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 강판은 티타늄(Ti) : 0.15% 이하 및 몰리브덴(Mo) : 0.5% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 강판은 항복강도 800~980MPa, 연신율 15~25% 및 가공경화지수(n) 0.05~0.15를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 NbC계 석출물이 충분히 재고용될 수 있도록 슬라브 재가열 온도를 충분히 높게 하고, 아울러, 열간압연 개시온도를 조절함으로써 석출물 형성을 극대화할 수 있어, 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법에 의하면, 합금성분 및 공정 제어를 통하여, 인장강도 900MPa 이상의 고강도와 함께 80% 이상의 높은 홀확장률을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직사진을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 시편의 나노 석출물을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 전위 및 나노 석출물을 나타낸 것이다.
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 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
고강도 강판
본 발명에 따른 고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.10%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.05~0.5%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.30% 및 질소(N) : 10~50ppm를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 티타늄(Ti) : 0.15% 이하 및 몰리브덴(Mo) : 0.5% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 성분들 이외에 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강의 강도 증가에 기여하는 원소이다.
상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.04~0.10중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.04중량% 미만일 경우에는 900MPa 이상의 인장강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소의 첨가량이 0.10중량%를 초과하는 경우에는 80% 이상의 버링성을 얻기 어렵다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 강도 확보에 기여하며, 또한 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0% 초과 내지 0.3중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.3중량%를 초과할 경우에는 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 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 2.5중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속 개재물이 과도하게 생성되어, 용접성이 저하될 수 있다.
인(P)
인(P)은 강도 향상에 기여하는 원소이다.
상기 인은 강판 전체 중량의 0.01~0.1중량%로 함유되도록 제어하는 것이 바람직하다. 인의 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 강도 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 인의 함량이 0.1중량%를 초과할 경우에는 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 강판 재질에 악영향을 미친다.
황(S)
황(S)은 가공성 향상에 일부 기여한다.
상기 황은 강판 전체 중량의 0.001~0.01중량%로 함유되도록 제어하는 것이 바람직하다. 만일, 황의 함량이 0.001중량% 미만일 경우에는 황에 의한 가공성 향상 효과가 불충분하며, 또한, 황의 함량을 극소로 제어해야 하는 문제점이 있다. 반대로, 황의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우에는 용접성을 크게 저해하는 문제가 있다.
크롬(Cr)
본 발명에서 크롬(Cr)은 페라이트를 안정화하여 연신율을 향상시키며, 강도 향상에 기여한다.
상기 크롬은 강판 전체 중량의 0.05~0.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬의 첨가량이 0.05중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 첨가량이 0.5중량%를 초과하는 경우, 강도 대비 연성을 크게 저하시키는 원인이 된다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 강 중에 NbC계 석출물을 형성하거나, Fe 내 고용 강화를 통하여 제조되는 강판의 강도를 향상시킨다.
상기 니오븀은 강판 전체 중량의 0.05~0.30중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 첨가량이 0.05중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니오븀의 첨가량이 0.3중량%를 초과할 경우에는 가공성을 저하시키는 문제점이 있다.
질소(N)
질소(N)는 강판 전체 중량의 10 ~ 50ppm의 함량비로 함유되도록 제어되는 것이 바람직하다. 질소(N)의 함량이 10ppm 미만일 경우에는 질소를 극저로 관리해야 하므로 강 제조 비용이 증가할 수 있다. 반대로, 질소(N)의 함량이 50ppm을 초과할 경우에는 고용질소에 의해 시효성이 저하될 수 있다.
티타늄(Ti)
티타늄(Ti)은 결정립 미세화 및 강도 향상에 기여한다.
상기 티타늄이 첨가될 경우, 그 첨가량은 강판 전체 중량의 0.15중량% 이하인 것이 바람직하다. 티타늄의 첨가량이 0.15중량%를 초과할 경우에는 제조되는 강판의 표면결함을 유발할 수 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여한다.
상기 몰리브덴이 첨가될 경우, 그 첨가량은 강판 전체 중량의 0.5중량% 이하인 것이 바람직하다. 몰리브덴의 첨가량이 0.5중량%를 초과하는 경우에는 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 고강도 강판은 상기의 조성 및 후술하는 공정을 통하여, 인장강도(TS) 900~1100MPa의 고강도와 함께 80~150%의 홀확장률(HER)을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 항복강도 800~980MPa, 연신율 15~25% 및 가공경화지수(n) 0.05~0.15를 가질 수 있다.
고강도 강판 제조 방법
도 1은 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각/권취 단계(S130)를 포함한다.
슬라브 재가열
먼저, 슬라브 재가열 단계(S110)에서는 전술한 조성으로 이루어진 반제품 상태의 슬라브 판재를 재가열한다. 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 석출물의 재고용 및 균질화 등이 향상될 수 있다.
상기 슬라브 판재의 재가열은 1150~1250℃에서 대략 1~3시간 정도 실시되는 것이 바람직하다. 슬라브 판재의 재가열온도가 1250℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화로 인하여 충분한 강도를 얻기 어려워질 수 있다. 반대로, 슬라브 판재의 재가열온도가 1150℃ 미만일 경우, NbC계 석출물의 재고용 등의 효과 발휘가 어렵다.
열간압연
열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 열간압연한다.
열간압연은 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 실시되는 것이 바람직하다. 마무리압연온도가 950℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않아 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 마무리압연온도가 850℃ 미만인 경우, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
특히, 열간압연은 950~1100℃의 압연 개시온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다. 이는 슬라브 재가열온도보다 50℃ 이상 낮은 온도이다. 압연시작 지연을 통하여 낮은 온도에서 압연을 수행할 수 있으며, 이에 따라 전위, 즉 변형량의 증가에 의해 석출물 형성 사이트가 증가하게 되어 된다. 따라서, 이러한 압연시작 지연을 통하여, 석출강화 효과를 극대화시킬 수 있다. 또한, 이러한 압연시작 지연의 경우, 압연시 변형량 증가로 인하여 상변태 온도가 상승함으로써 냉각을 통한 강도 향상에 보다 효과적이다.
냉각/ 권취
냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 판재를 냉각하여 권취한다. 냉각은 대략 10~100℃/sec 정도의 냉각속도로 수행될 수 있다.
냉각종료온도는 450~650℃인 것이 바람직하다. 냉각종료온도가 650℃를 초과하는 경우 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 냉각종료온도가 450℃ 미만일 경우, 80% 이상의 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 1~3 및 비교예 1~3에 따른 시편을 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure 112012051929621-pat00001
[표 2]
Figure 112012051929621-pat00002

2. 기계적 특성 평가
표 3은 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따라 제조된 시편 각각의 인장시험 결과를 나타낸 것이다.
표 3에서, 인장강도(TS), 항복강도(YS) 및 연신율(EL)은 JIS 5호 시험편에 의거한 인장시험을 통하여 측정하였다.
홀 확장률은 초기 직경(d0:10mm)의 천공 구멍을 형성한 후, 60ㅀ 원추펀치로 확장시켜서, 크랙(crack)이 판을 관통한 시점의 구멍 직경(d)으로부터 구해지는 홀 확장률((d-d0)/d0 X 100)로 나타내었다.
[표 3]
Figure 112012051929621-pat00003
표 1 ~ 표 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, 인장강도(TS), 항복강도(YS), 연신율(EL), 가공경화지수(n) 및 버링성이 목표값을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 실시예1과 조성은 갖으나, 열간압연지연을 하지 않은 비교예 1에 따른 시편의 경우, 실시예 1에 비하여 현저히 낮은 강도를 나타내었다.
아울러, 본원발명에서 제시한 조성 혹은 공정조건을 만족하지 못하는 비교예2~3에 따른 시편의 경우, 인장강도가 900Mpa에 미치지 못하거나, 홀확장률이 80%에 미치지 못하였다.
이와 같이, 비교예 1에 따른 시편에 비하여, 실시예 1에 따른 시편의 강도가 높은 것은 전술한 바와 같이, 압연지연을 통한 석출물이 다량 형성됨으로써 제조되는 강판의 강도 향상 효과가 충분히 발휘되었기 때문이라 볼 수 있다.
이러한 석출물의 형서은 도 2 내지 도 4를 통하여도 확인할 수 있다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직사진을 나타낸 것이고, 도 3은 실시예 1에 따라 제조된 시편의 나노 석출물을 나타낸 것이며, 도 4는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 전위 및 나노 석출물을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 페라이트 결정립에 석출물이 형성되어 있는 것을 볼 수 있으며, 도 3을 참조하면 석출물이 나노 사이즈를 갖는 것을 볼 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 전위셀 주변에 나노 석출물이 형성되어 있는 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.

Claims (6)

  1. 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.10%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.05~0.5%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.30%, 질소(N) : 10~50ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1150~1250℃에서 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 판재를 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 열간압연하는 단계; 및
    상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계;를 포함하고,
    상기 열간압연은 개시온도가 950~1100℃인 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브 판재는
    티타늄(Ti) : 0.15% 이하 및 몰리브덴(Mo) : 0.5% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 권취는
    450~650℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  4. 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.10%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.3% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.5%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.05~0.5%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.30%, 질소(N) : 10~50ppm 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
    인장강도 900~1100MPa 및 80~150%의 홀확장률을 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강판은
    티타늄(Ti) : 0.15% 이하 및 몰리브덴(Mo) : 0.5% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 강판은
    항복강도 800~980MPa, 연신율 15~25% 및 가공경화지수(n) 0.05~0.15를 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
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