KR101455470B1 - 냉연강판 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

소성이방성계수(r-value) : 2.0 이상을 만족하는 성형성이 우수한 냉연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 냉연강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.0003~0.0018%, 실리콘(Si) : 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0.15% 이하, 인(P) : 0.018% 이하, 황(S) : 0.010% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0.004% 이하, 티타늄(Ti) : 0.0025~0.0035%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.012% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 슬라브 재가열 온도(SRT) 1150~1200℃ 조건으로 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 마무리압연온도(FDT) 900~940℃ 조건으로 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 평균냉각속도 40~60℃/sec 조건으로 냉각하면서 권취온도(CT) 700~760℃에서 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 강판을 산세처리한 후 냉간압연하는 단계; 및 (e) 상기 냉간압연된 강판을 초기 승온속도 10~15℃/sec 조건으로 680~700℃까지 승온하여 소둔 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉연강판 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING COLD-ROLLED STEEL SHEET}
본 발명은 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분, 열연 공정 및 소둔 공정 제어를 통하여 우수한 성형성을 확보할 수 있는 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 외판재로 사용되는 냉연강판은 강도와 더불어 소비자의 디자인에 대한 요구에 발맞추어 고성형성이 요구된다. 성형성은 연신율이나 소성이방성계수(r-value)로 나타낼 수 있는데, 이중 소성이방성계수(r-value)는 탄소 저감을 통해 조절할 수 있다.
최근, 탈탄 기술의 향상으로 인해 자동차 외판재로 쓰일 수 있는 고성형성을 가진 초심가공용 강판(Excellent Deep Drawing Quality; EDDQ)급 냉연강판이 양산중에 있다.
그러나, 현재의 탈탄 기술은 10~20ppm 정도까지만 탄소의 제어가 가능한 상태로서, 슈퍼 EDDQ급 고성형성을 가진 냉연강판을 제조하기 위해서는 다른 공정에서 조직을 제어할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0134678호(2011.12.15. 공개)에 개시된 고강도 고성형성 강판 및 그 제조 방법이 있다.
본 발명의 목적은 성형성이 우수한 냉연강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 합금성분, 열연 공정 및 소둔 공정 제어를 통하여 성형성이 우수한 냉연강판 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.0003~0.0018%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 인(P) : 0% 초과 내지 0.018% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.010% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.004% 이하, 티타늄 : 0.0025~0.0035%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.012% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 슬라브 재가열 온도(SRT) 1150~1200℃ 조건으로 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 마무리압연온도(FDT) 900~940℃ 조건으로 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 평균냉각속도 40~60℃/sec 조건으로 냉각하면서 권취온도(CT) 700~760℃에서 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 강판을 언코일링하면서 산세처리한 후 냉간압연하는 단계; 및 (e) 상기 냉간압연된 강판을 초기 승온속도 10~15℃/sec 조건으로 680~700℃까지 승온하여 소둔 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉연강판은 중량%로, 보론(B) : 0.0005% 이하, 구리(Cu) : 0.05% 이하, 니켈(Ni) : 0.05% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 바나듐(V) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05% 이하 및 주석(Sn) : 0.02% 이하 중에서 적어도 선택된 1종을 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.0003~0.0018%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 인(P) : 0% 초과 내지 0.018% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.010% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.004% 이하, 티타늄 : 0.0025~0.0035%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.012% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 소성이방성계수(r-value) : 2.0 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉연강판에는 중량%로, 보론(B) : 0.0005중량% 이하, 구리(Cu) : 0.05중량% 이하, 니켈(Ni) : 0.05중량% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 바나듐(V) : 0.01중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05중량% 이하 및 주석(Sn) : 0.02중량% 이하 중에서 적어도 선택된 1종이 더 포함되어 있을 수 있다.
상기 냉연강판은 항복강도 120~180MPa, 인장강도 250~320MPa 및 연신율(EL) 55% 이상을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면 니오븀(Nb) 등의 합금조성, 열간압연된 판재의 냉각속도 및 냉연 소둔 처리시의 초기 승온속도 제어를 통해, 결정립을 미세화하여 {111} 방위 결정립의 핵 생성 사이트를 증가시킨 후 냉연 초기 {111} 방위 결정립의 빠른 성장을 유도하여 최종 강판의 {111} 집합조직을 발달시킴으로써, 소성이방성계수(r-value) 증가를 통해 성형성이 우수한 냉연강판을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 냉연강판은 소성이방성계수(r-value) 2.0 이상을 만족함으로써 성형성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 사진이다.
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 성형성이 우수한 냉연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 냉연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.0003~0.0018%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 인(P) : 0% 초과 내지 0.018% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.010% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.004% 이하, 티타늄 : 0.0025~0.0035%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.012%를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 냉연강판은 중량%로, 보론(B) : 0.0005% 이하, 구리(Cu) : 0.05% 이하, 니켈(Ni) : 0.05% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 바나듐(V) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05% 이하 및 주석(Sn) : 0.02% 이하 중에서 적어도 선택된 1종을 더 포함할 수 있다.
상기 성분들 외 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 냉연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 복합조직강에서 마르텐사이트 분율 및 경도 향상에 기여한다.
탄소는 강판 전체 중량의 0.0003~0.0018중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.0003중량% 미만일 경우 강도를 확보하기 어렵다. 반면, 탄소 함량이 0.0018중량%를 초과할 경우, 강중 탄화물 형성이 촉진되어 연신율이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘( Si )
실리콘(Si)은 탈산제로 작용하며, 특히 본 발명에서는 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.02중량% 이하로 첨가되어 연신율을 향상시키는 역할을 한다.
실리콘의 첨가량이 열연강판 전체 중량의 0.02중량%를 초과하는 경우, 연주성이 저하되고, 또한 표면에 SiMn2O4 등과 같은 산화물을 다량 형성하여 도금성이 저하되는 문제점이 있다.
망간( Mn )
망간(Mn)은 고용강화 및 소입성의 증대를 통하여 강의 강도 향상에 기여한다. 또한, 황(S)에 의한 열간 균열을 방지하는데 기여한다.
망간은 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.15중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 함량이 강판 전체 중량의 0.15중량%를 초과하는 경우 소재 두께 방향 중심부에서 망간 밴드가 발달하여 연신율이 저하되고, 탄소당량을 상승시켜 용접성을 저해시킨다.
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.
따라서, 인(P)의 함량은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.018중량% 이하로 제한되는 것이 바람직하다.
황(S)
황(S)은 망간과 결합하여 MnS와 같은 비금속개재물을 형성하여 용접성을 저해하는 요소이다.
따라서, 황(S)의 함량은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.010중량% 이하로 제한되는 것이 바람직하다.
알루미늄( Al )
알루미늄(Al)은 제강시 탈산제로 작용하며, 페라이트 상의 청정화를 유도하여 연신율을 향상시키고, 오스테나이트 상내 탄소(C)의 농화량을 증가시켜 최종 마르텐사이트의 경도를 증가시키는 역할을 한다. 또한, 알루미늄(Al)은 열연강판 내 망간 밴드의 형성을 억제하여 연신율 저하를 방지한다.
알루미늄은 강판 전체 중량의 0.02~0.06중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.02중량% 미만일 경우, 알루미늄 첨가 효과를 기대할 수 없다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.06중량%를 초과하면, 용접성 및 연속주조성을 저하시키고, 슬라브 내 알루미늄질화물(AlN)을 형성하여 열연 크랙을 유발한다.
질소(N)
질소(N)는 결정립을 미세화하는데 기여할 수 있다.
다만, 질소의 첨가량이 강판 전체 중량의 0.004중량%를 초과하는 경우, 고용 질소가 증가하여 강의 충격특성 및 연신율을 저해하여 강의 성형성을 열화시키고, 아울러 용접부 인성을 크게 저해할 수 있다.
따라서, 질소의 함량은 기계적 물성에 영향이 미미한 강판 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.004중량% 이하로 제한되는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)
삭제
티타늄(Ti)은 알루미늄질화물(AlN)의 형성을 방지하고, 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부 조직 미세화를 통해 용접부 특성을 향상시킨다.
티티늄은 강판 전체 중량의 0.0025~0.0035중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄의 함량이 0.0025중량% 미만일 경우, 알루미늄질화물의 형성 방지 및 용접부 특성 향상이 불충분하다. 반면에, 티타늄의 함량이 0.0035중량%를 초과하는 경우, 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 충격 특성을 저해시키고, 강중의 탄소와 결합하여 항복비를 높이는 문제점이 있다.
니오븀( Nb )
니오븀(Nb)은 강 중에 니오븀계 석출물을 형성하거나, Fe 내 고용 강화를 통하여 제조되는 강판의 강도를 향상시키고, 또한 결정립 미세화 및 마르텐사이트 분산성을 향상시켜 성형성을 향상시키는데 기여한다. 또한, 석출물 형성원소로서 초고강도 확보에 유효하게 작용한다.
니오븀은 강판 전체 중량의 0.005~0.012중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 첨가량이 0.005중량% 미만인 경우, 강판의 굽힘 가공성 확보가 어렵다. 반대로, 니오븀의 첨가량이 0.012중량%를 초과하는 경우, 성형성이 저하되는 문제점이 있다.
보론(B)
보론(B)은 강력한 소입성 원소로서, 강도 향상에 큰 효과를 얻을 수 있다.
보론은 강판 전체 중량의 0.0005중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론의 함량이 강판 전체 중량의 0.0005중량%를 초과하면, 결정립계에 편석되어 도금성을 저해하는 원소로 작용한다.
구리( Cu )
구리(Cu)는 고용강화에 기여하여 강도를 향상시키는 역할을 한다.
구리는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.05중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리의 첨가량이 0.05중량%를 초과하는 경우, 강판의 열간가공성을 저하시키고, 용접후 재열균열(Stress Relief Cracking) 감수성을 높이는 문제점이 있다.
니켈( Ni )
니켈(Ni)은 저온인성 향상과 강도를 증가시키는데 매우 효과적인 원소이다.
니켈(Ni)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.05중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈의 첨가량이 0.05중량%를 초과하는 경우, 강판의 냉간가공성 및 용접성을 저하시킨다. 또한 고가로 인해 제조비용을 크게 상승시킨다.
크롬( Cr )
크롬(Cr)은 몰리브덴(Mo)과 마찬가지로, 경화능 증가를 통하여 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.
크롬(Cr)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.05중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.05중량%를 초과하면 제조되는 열연강판의 강도와 연성의 균형이 깨질 수 있으며, 강의 취성을 강하게 한다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 고용강화 및 저온에서 석출물 형성을 통해 강도 향상에 기여한다.
바나듐은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 바나듐을 0.01중량%를 초과하여 첨가할 경우 용접성을 급격히 저하시키고, 저온에서의 과다한 석출에 의하여 권취시 문제를 발생할 수 있다.
몰리브덴( Mo )
몰리브덴(Mo)은 경화능 증가를 통해 강도 향상에 기여한다.
몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.05 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우 열연강판의 인성이 저하되는 문제점이 있다.
주석( Sn )
주석(Sn) 또한 구리, 니켈과 마찬가지로 스크랩을 원료로 사용하는 제강공정에서는 제거할 수 없는 불순물, 즉 트램프(tramp) 원소로 존재하게 된다. 주석은 고용강화효과가 높으나 다른 트램프(tramp) 원소와는 달리 강의 기계적 성질을 저하시키는 결정적인 역할을 한다.
주석(Sn)은 그 함량이 열연강판 전체 중량의 0.02%를 초과하여 첨가될 경우에는 강의 강도를 급격히 상승시킬 뿐 아니라 연신율과 소성이방성계수(r-value)를 떨어뜨려 성형성에 악영향을 미친다. 이에, 주석이 첨가될 경우, 그 함량은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.02중량% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉연강판은 상기 조성 및 후술하는 열연 공정 제어에 의하여, 미세조직이 평균 결정립 크기가 5㎛ 이하인 페라이트를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 냉연강판은 강판 전체 중량에 대해 0.005~0.012중량%의 니오븀(Nb)이 첨가되어 소성이방성계수(r-value) : 2.0 이상, 연신율(EL) 55% 이상을 갖는 것을 특징으로 한다. 이는 니오븀(Nb) 첨가에 따른 합금성분 조절과 더불어 열간압연된 판재의 냉각속도를 40℃/sec 이상으로 빠르게 제어하고, 소둔 처리시 초기 승온속도를 10~15℃/sec로 제어함으로써 달성될 수 있다.
열연공정의 마무리압연온도(Finishing Delivery Temperature; FDT)에서 권취온도(Coiling Temperature; CT)로 가는 구간에서의 냉각속도와, 소둔 승온속도를 상기와 같이 제어할 경우, 열연공정 중 결정립의 크기를 미세화하여 {111} 방위 결정립의 핵 생성 사이트를 증가시킴에 따라 냉연 초기 {111} 방위 결정립의 성장을 짧은 시간안에 폭발적으로 증가시켜 최종 {111} 집합조직이 발달될 수 있다. 그 결과,소성이방성계수(r-value)를 높여 고성형성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 냉연강판은 항복강도 120~180MPa 및 인장강도 250~320MPa를 가질 수 있다.
이하, 상기 특성을 갖는 본 발명에 따른 냉연강판 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
냉연강판 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 냉연강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 냉각/권취 단계(S130), 산세/냉간압연 단계(S140) 및 소둔 처리 단계(S150)를 포함한다.
슬라브 재가열
슬라브 재가열 단계(S110)에서는 전술한 조성, 즉 중량%로, 탄소(C) : 0.0003~0.0018%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 인(P) : 0% 초과 내지 0.018% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.010% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.004% 이하, 티타늄 : 0.0025~0.0035%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.012%를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열한다.
여기서, 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)에서는 연속주조공정을 통해 확보한 슬라브 판재를 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용한다.
본 단계에서, 슬라브 판재의 재가열은 1150~1200℃에서 3~5시간 동안 실시되는 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature; SRT)가 1150℃ 미만이거나, 재가열 시간이 3시간 미만인 경우, 주조 시 편석된 성분의 재고용 효율이 감소하여, 최종 제조되는 냉연강판의 굽힘 가공성이 저하될 수 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1200℃를 초과하거나 재가열 시간이 5시간을 초과하는 경우, 과도한 가열로 인하여 더 이상의 효과 없이 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간압연
열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 열간압연한다. 본 단계에서, 열간압연은 마무리압연온도(Finishing Delivery Temperature; FDT) 900~940℃ 조건으로 사상압연(Finishing Mill)을 이용하여 실시될 수 있다.
마무리압연온도(FDT)가 940℃를 초과하는 경우 페라이트 결정립의 조대화로 인하여 강도 및 연성이 감소할 수 있다. 반면, 마무리압연온도(FDT)가 900℃ 미만일 경우, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
냉각/ 권취
냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 판재를 냉각하면서 권취한다. 냉각과 동시에 권취가 실시되는 경우라면, 냉각종료온도는 권취온도(Coiling Temperature; CT)가 될 수 있다.
본 단계에서, 권취는 권취온도(CT) 700~760℃에서 실시될 수 있다. 권취돈도(CT)가 700℃ 미만일 경우에는 마무리압연온도와 권취온도의 급격한 차이로 인해 강판의 표면 품질이 저하되고, 저온 석출물이 제대로 형성되지 않을 수 있고, 연성이 저하되어 냉간압연시 부하가 증가된다. 반대로, 권취온도(CT)가 760℃를 초과할 경우에는 석출물이 너무 조대하게 성장하여 결정립 미세화 효과가 떨어지므로 충분한 소성이방성계수(r-value) 및 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.
특히, 냉각/권취 단계(S130)에서 냉각은 40~60℃/sec의 평균냉각속도로 실시하는 것이 바람직하다. 평균냉각속도를 40℃/sec 이상으로 빠르게 하여 열연압연된 판재의 냉각을 실시할 경우 열연 결정립을 보다 미세화할 수 있다. 이는 냉연강판의 조직이 평균 결정립 크기가 5㎛ 이하인 페라이트를 포함하도록 미세화를 도모하여 {111} 방위 결정립의 핵 생성 사이트를 증가시키는데 기여한다.
한편, 본 단계에서, 평균냉각속도가 40℃/sec 미만일 경우, 고온 석출물의 형성 및 성장을 억제하기 어렵고, 석출물의 평균입자 크기가 대략 0.5㎛를 초과하는 문제로 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 평균냉각속도가 60℃/sec를 초과하는 경우, 조직이 경해져서 저온 인성이 저하될 수 있고, 더 이상의 효과 없이 과도한 냉각으로 강판 제조 비용만 상승할 수 있다.
그리고, 냉각 과정에서의 평균냉각속도는 냉각수량 및 라인 스피드 조절을 통해 제어할 수 있다.
산세/냉간압연
산세/냉간압연 단계(S140)에서는 권취된 강판, 즉 상기의 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위하여 산세(acid pickling)한 후 산세 처리된 강판을 냉간압연하여 강판의 최종 두께로 가공한다.
상기와 같이 강판이 권취될 경우에는, 산세 이전 혹은 산세와 동시에 권취된 강판을 언코일링(uncoiling)한다.
냉간압연 단계에서, 냉간 압하율은 열간압연 후의 판재의 두께와 목표하는 강판의 최종 두께에 따라 대략 50~80% 정도로 정해질 수 있다. 상기 냉간 압하율이 50% 미만일 경우에는 소둔재결정 핵생성양이 적기 때문에 후술할 소둔 열처리시 결정립이 과도하게 성장하여 강도가 급격히 저하되는 문제가 있다. 반대로, 냉간 압하율이 80%를 초과할 경우에는 핵생성 양이 지나치게 많아져 소둔 결정립이 오히려 너무 미세하여 연성이 감소하며, 성형성이 저하되는 문제가 있다.
소둔 처리
소둔 처리 단계(S150)에서는 냉간압연된 강판을 소둔 처리 한다.
본 발명에 따른 소둔 처리 단계(S150)는 소둔 열처리 구간, 승온유지 구간, 1차 냉각 구간, 과시효 구간 및 2차 냉각 구간을 포함하는 연속소둔라인에서 수행될 수 있다.
즉, 소둔 처리 단계(S150)에서 냉간압연된 강판은 초기에 680 ~ 700℃까지 승온하면서 대략 40초 동안 소둔 열처리 구간에서 1차 소둔 처리된 후 700~750℃까지 승온하면서 소둔 열처리 구간에서 2차 소둔 처리된 후, 530 ~ 550℃까지 1차 냉각 구간에서 냉각되고 나서, 530 ~ 550℃의 온도에서 100 ~ 200초 동안 과시효 구간에서 과시효 처리된 다음 2차 냉각 구간에서 최종 냉각된다.
특히, 소둔 열처리 구간에서의 1차 소둔은 승온속도 10~15℃/sec 조건으로 소둔 열처리를 실시하여, 재결정과 짧은 시간안에 폭발적으로 {111} 방위 결정립의 성장을 통하여 {111} 집합조직을 발달시켜 성형성을 향상시키고 미세한 복합 석출물을 재용해시켜 고용탄소를 용출하도록 한다.
이때, 승온속도가 10℃/sec 미만일 경우, {111} 방위 결정립의 성장이 저하될 수 있고, 반면에 승온속도가 15℃/sec를 초과하는 경우, 더 이상의 효과없이 가열 속도 제어가 어려워질 수 있다.
한편, 소둔 열처리 온도는 680~750℃일 수 있다. 소둔 열처리 온도가 680℃ 미만일 경우, 오스테나이트 내 탄소가 균일하게 분포되기 어려우며, 그 결과 마르텐사이트 분산 분포가 어려워져 최종 제조되는 강판의 연성이 저하될 수 있다. 반면에, 소둔 열처리 온도가 750℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립의 조대화로 강도 등 강판의 물성이 저하될 수 있다.
승온유지 구간에서는 강판을 680~750℃에서 대략 30~150초 동안 유지하여 오스테나이트, 페라이트 조직 분율을 제어한다.
1차 냉각 구간에서는 소둔 처리된 강판을 마르텐사이트 온도영역까지 냉각한다. 이때, 냉각 종료 온도가 마르텐사이트 온도영역보다 높은 경우, 충분한 인장강도를 확보하기 어려워질 수 있으며, 반면에 냉각 종료 온도가 마르텐사이트 온도영역 미만인 경우, 10% 이상의 연신율 확보가 어려워질 수 있다.
1차 냉각은 2~10℃/sec의 평균냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 1차 냉각의 평균냉각속도가 2℃/sec 미만일 경우, 냉각 과정에서 오스테나이트가 페라이트, 펄라이트 등으로 변태하여 최종 목표로 하는 마르텐사이트 분율을 확보하기 어려워질 수 있다. 반대로, 1차 냉각의 평균냉각속도가 10℃/sec를 초과하여 너무 빠른 경우에는 재질 불균일의 문제가 발생할 수 있다.
과시효 구간에서는 1차 냉각된 강판을 마르텐사이트 온도영역에서 과시효 처리한다. 과시효 구간에서는 100~200초간 유지하는 것이 바람직하다. 만일, 과시효 구간에서 100초 미만으로 유지될 경우에는 항복비가 상승하는 문제가 있다. 반대로, 과시효 구간에서 200초를 초과할 경우에는 연신율이 급격히 저하되는 문제가 있다.
한편, 과시효 처리는 정해진 시간동안 온도를 일정하게 유지하는 것뿐만 아니라, 정해진 시간동안 공냉하는 것도 포함할 수 있다.
2차 냉각 구간에서는 과시효 처리된 강판을 상온(20~30℃)으로 냉각하여 최종 미세조직을 형성한다. 2차 냉각은 대략 10~100℃/sec의 평균냉각속도로 실시될 수 있다.
1차 및 2차 냉각은 간접수냉 또는 간접가스젯 쿨링(Gas Jet Cooling : GJC) 등을 이용하여 실시될 수 있다.
상기의 과정(S110 ~ S150)으로 제조되는 냉연강판은 합금조성을 조절하고, 40~60℃/sec의 평균냉각속도로 열간압연된 판재를 급냉하여 결정립 미세화를 유도하고, 소둔 처리시의 초기 승온속도를 10~15℃/sec로 하여 냉연 초기 {111} 방위 결정립의 빠른 성장을 유도하여 최종 강판의 {111} 집합조직을 발달시킨다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 냉연강판은 소성이방성계수(r-value) : 2.0 이상을 만족할 수 있어 성형성이 우수하다. 또한, 55% 이상의 연신율(EL)을 가지므로 성형성이 보다 우수하다.
이처럼, 본 발명에 따른 냉연강판은 고성형성 확보가 가능하므로, 성형 가공이 많이 요구되는 자동차용 외판재 등으로 활용하기에 적합하며, 그 외에 고성형성을 요구하는 제품에 활용 가능하다.
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 조성을 갖는 슬라브를 표 2에 기재된 열연조건으로 열간압연, 냉각 후 권취하여 열연강판을 형성하고, 산세처리 후 60%의 압하율로 냉간압연을 실시하였다. 그런 다음, 표 2에 기재된 냉연 소둔조건으로 소둔 열처리하여 100초 동안 유지한 후 5℃/sec의 평균냉각속도로 500℃까지 냉각하고, 150초 동안 과시효 처리한 다음 50℃/sec의 평균냉각속도로 25℃까지 냉각하여 실시예 1~3 및 비교예 1~2에 따른 시편을 제조하였다.
[표 1]
Figure 112012079217306-pat00001
[표 2]
Figure 112012079217306-pat00002

2. 기계적 물성 평가
표 3은 실시예 1~3 및 비교예 1~2에 따른 시편의 기계적 물성에 대한 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure 112012079217306-pat00003
표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들은 목표값에 해당하는 소성이방성계수(r-value) : 2.0 이상, 연신율(EL) 55% 이상, 항복강도(YP) 120MPa 이상, 인장강도(TS) 250MPa 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
또한, 합금조성이 유사할 경우, 열연공정시의 평균냉각속도와 냉연 소둔 열처리시의 승온속도가 높을수록 소성이방성계수(r-value)와 연신율(EL)이 증가하는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 실시예 1~3과 비교하여 합금조성은 유사하나 열연공정시의 평균냉각속도와 냉연 소둔 열처리시의 승온속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어난 비교예 1~2에 따라 제조된 시편들의 경우, 소성이방성계수(r-value)가 각각 1.3, 1.6 수준으로 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 열연공정시의 평균냉각속도와 냉연 소둔 열처리시의 승온속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 만족하는 실시예 2에 따라 제조된 시편의 결정립 사이즈가 그렇지 않은 비교예 1에 따라 제조된 시편의 결정립 사이즈에 비해 미세한 것을 확인할 수 있었다.
위의 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 열연압연된 판재의 냉각속도와 냉연 소둔 열처리시의 승온속도를 제어하는 작은 변화를 통해 조직의 결정립을 미세화하여 성형성이 높은 냉연강판을 생산하는 것이 가능하다는 것을 알 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
S130 : 냉각/권취 단계
S140 : 산세/냉간압연 단계
S150 : 소둔 처리 단계

Claims (5)

  1. (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.0003~0.0018%, 실리콘(Si) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0% 초과 내지 0.15% 이하, 인(P) : 0% 초과 내지 0.018% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.010% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.004% 이하, 티타늄 : 0.0025~0.0035%, 니오븀(Nb) : 0.005~0.012% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 슬라브 재가열 온도(SRT) 1150~1200℃ 조건으로 재가열하는 단계;
    (b) 상기 재가열된 판재를 마무리압연온도(FDT) 900~940℃ 조건으로 열간압연하는 단계;
    (c) 상기 열간압연된 판재를 평균냉각속도 40~60℃/sec 조건으로 냉각하면서 권취온도(CT) 700~760℃에서 권취하는 단계;
    (d) 상기 권취된 강판을 산세처리한 후 냉간압연하는 단계; 및
    (e) 상기 냉간압연된 강판을 초기 승온속도 10~15℃/sec 조건으로 680~700℃까지 승온하여 소둔 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉연강판은
    중량%로, 보론(B) : 0.0005% 이하, 구리(Cu) : 0.05% 이하, 니켈(Ni) : 0.05% 이하, 크롬(Cr) : 0.05% 이하, 바나듐(V) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05% 이하 및 주석(Sn) : 0.02% 이하 중에서 적어도 선택된 1종을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
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