KR101568522B1 - 열간성형용 냉연강판, 이를 이용한 열간성형 부재 및 이들의 제조방법 - Google Patents

열간성형용 냉연강판, 이를 이용한 열간성형 부재 및 이들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인장강도 및 산화스케일 제거 성능이 우수한 열간성형용 내열강판 및 부재에 관한 것으로, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 열간성형용 냉연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 냉연강판을 열간성형하여, 표층에 두께가 0.01 내지 20㎛이고, 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성된 열간성형 부재 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

열간성형용 냉연강판, 이를 이용한 열간성형 부재 및 이들의 제조방법 {Cold rolled steel sheet for hot press forming, Forming part by using the same and Manufacturing method thereof}
본 발명은 열간성형용 냉연강판, 이를 이용한 열간성형 부재 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 구조부재 또는 보강재와 같은 내충돌성이 필요한 부품에 주로 사용되는 것으로, Ac3 온도 이상에서 고온 열간성형 및 급냉에 의하여 인장강도 1000MPa 이상의 고강도를 갖는 냉연강판 제조방법과 이를 이용한 열간성형 부재에 관한 것이다.
최근 자동차 승객 보호를 위한 안전법규나 지구 환경 보호를 위한 연비규제가 강화되면서 경량화에 대한 사회적 요구가 급증하고 있다. 이러한 자동차 부품의 경량화를 추구할 경우 강성과 충돌안정성을 동시에 확보하기 위해서 내충돌 성능이 우수한 강판 개발이 요구되고 있다.
이와 같은 특성을 얻기 위하여, 초고강도 강판에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 초고강도 강의 성형성 부족 및 형상 제어능 저하로 성형성 및 형상 제어능이 우수한 열간성형 방법이 제시되고 있다. 이와 같은 방법은 미국 US 6296805 등에 제안되어 있다. 상기 기술은 열처리 전에는 낮은 강도 및 열처리 중 우수한 고온 열간가공성을 이용하여 부품을 성형한 후 금형에 의한 빠른 냉각을 실시함으로써 최종 부품에 마르텐사이트를 주상으로 하는 Al도금 초고강도강판을 얻는 방법에 대하여 설명되고 있다. 상기 기술은 강판 표면에 Al도금이 외부와의 산화 보호 피막을 형성함으로써 표층에 얇은 알루미늄 산화물이 점용접에 나쁜 영향을 미치지 않음으로써 쇼트 블라스트(shot blast) 공정을 거치지 않아도 된다. 그러나, 상기 기술의 실시예에서 나오는 냉연강판을 900℃ 이상에서 열처리 시 표면에 생성되는 산화스케일은 쇼트 블라스트(shot blast)에 의해 반드시 제거되어야만 점용접성이 확보될 수 있다. 이 때 산화스케일과 모재 사이의 높은 결합력은 산화스케일 제거 시간이 과다하게 소요되거나, 일부 제거되지 않은 산화스케일로 인하여 부재의 용접 불량을 야기할 수 있을 뿐만 아니라, 박물 부품에 적용 시 뒤틀림에 의하여 형상 정확도를 확보할 수 없는 문제를 가지고 있다.
따라서, 본 발명자는 열처리용 냉연강판에서 초고강도를 확보할 수 있으면서도 표층에 생성되는 산화층(산화스케일)을 쇼트 블라스트(shot blast)에 의해 손쉽게 제거할 수 있어 비용 및 시간을 줄일 수 있는 방법을 고안하게 되었다.
본 발명은, 자동차 구조부재 및 보강재에 사용되고 있는 열간성형용 냉연강판 및 열간성형 부재에 관한 것으로, 인장강도 1000MPa 이상의 초고강도와 산화스케일 박리성이 우수한 냉연강판, 열간성형 부재 및 이를 이들의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면의 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉연강판은 표층에 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성될 수 있고, 인장강도(Ts)가 1000MPa 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉연강판의 미세조직이 30~90 면적%의 페라이트; 및 10~70 면적%의 세멘타이트 및 퍼얼라이트 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1000~1300℃로 가열하는 단계; Ar3~1000℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 MS~750℃에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 산세처리한 후, 40~80%의 냉간압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연강판을 750~900℃에서 연속 소둔하는 단계를 포함하는 열간성형용 냉연강판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면인 열간성형 부재는, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 표층에 두께가 0.01 내지 20㎛이고, 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 열간성형 부재는 미세조직이 마르텐사이트를 주상으로 하고, 인장강도(Ts)는 1000MPa 이상이며, 쇼트 블라스트 처리 이후, 전체 부재 면적에 대하여 미제거된 산화스케일의 면적비율이 1%이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 중량 %로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1000~1300℃로 가열하는 단계; 상기 강 슬라브를 Ar3 ~1000℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 MS~750℃에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 산세처리한 후, 40~80%의 냉간압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 750~900℃에서 연속 소둔하는 단계; 상기 소둔한 강판을 800~1000℃ 범위로 1~100℃/초의 속도로 승온하고, 상기 온도범위를 10~1000초 유지하는 열처리단계; 및 상기 열처리한 강판을 프레스로 열간성형하는 단계 및 10~1000℃/초의 속도로 급냉하는 단계를 포함하는 열간성형 부재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 자동차 구조부재 또는 보강재와 같은 내충돌성이 필요한 부품에 주로 사용되는 냉연강판 및 부재에 관한 것으로, 인장강도 1000MPa 이상의 고강도를 갖는 냉연강판 및 열간성형 부재를 제공할 수 있다.
또한, 열간성형 열처리 공정을 거친 부재 표층에 안티몬(Sb) 및/또는 주석(Sn)을 포함하고 10nm ~ 20㎛ 두께를 갖는 농화층이 존재하여 열처리 공정 중 생성되는 산화스케일과 모재 사이의 결합력을 약화시켜 산화스케일의 제거 성능이 우수한 열간성형 부재를 제공함으로써, 냉연강판을 이용한 열간성형 부품의 제조비용 저감 및 점용접성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 강도가 우수하고, 산화스케일의 제거 성능이 우수한 열간성형 부재를 제조하기 위한 것으로, 열간성형 부재뿐만 아니라 그러한 부재 제조에 적합하도록 강도가 우수한 냉연강판을 제공하는 데에도 특징이 있다. 따라서, 본 발명은 강도가 우수한 열간성형용 냉연강판 및 그 제조방법, 그리고 상기 열간성형용 냉연강판을 이용한 열간성형 부재 및 그 제조방법의 4가지 카테고리로 구성된다.
1. 열간성형용 냉연강판
이하에서, 먼저 본 발명의 열간성형용 냉연강판에 대해서 상세히 설명한다. (이하, 중량%임.)
상기 열간성형용 냉연강판은 열간성형 후 최종부재의 강도를 우수하게 확보하는 데 적합하도록 강도가 매우 우수한 강판으로서, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 탄소(C)는 마르텐사이트의 강도를 증가시키는 필수적인 원소이다. 상기 C는 0.1~0.5중량%로 포함되는 것이 바람직한데, 만약 0.1% 미만에서는 원하는 충분한 강도를 얻기가 어렵다. 또한 0.5%를 넘게 함유하게 되면 슬라브의 충격인성을 저하시킬 뿐만 아니라, 부재의 용접성이 저하시키기 쉽기 때문에 0.5%이하를 (바람직하게는 0.4% 이하) 첨가한다.
규소(Si)는 제강에서 탈산제로서뿐만 아니라 열처리 후 고용강화 효과를 얻을 수 있기 때문에 첨가를 한다. 상기 Si의 첨가량은 0.001~1.0 중량%인 것이 바람직한데, Si 함유량이 1.0% 초과 되면 강판 표면에 Si 산화물이 생성되어 원하는 표면 품질을 확보하기 어렵기 때문에 1% 이하를 첨가한다.
망간(Mn)은 Fe와 강의 제조공정 중 불가피하게 첨가되는 S가 결합한 FeS에 의한 적열취성을 방지하고 강의 경화능을 확보하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 0.1~3.0%로 첨가되는 것이 바람직하다. 함유량이 0.1% 미만에서는 충분한 경화능을 확보하기 어려워 프레스 급냉 시 원하지 않는 페라이트 또는 베이나이트강이 생성되어 충분한 강도를 확보하기 어렵다. 또한 그 함량이 3.0%를 초과하게 되면 강판 제조 비용을 상승시킬 뿐만 아니라, 열연재의 높은 강도로 인하여 냉간압연성(형상 등)을 확보하기 어렵기 때문에 3.0% 이하로 첨가한다.
인(P)은 입계편석 원소로서 열처리 부품의 충격특성을 저해시키는 원소이다. P 함량이 0.0001% 미만을 위해서는 많은 제조 시간 및 비용이 들기 때문에 하한을 0.0001%로 한정하고, 과다하게 첨가되면 용접성이 열화될 뿐만 아니라 입계가 취약해지기 때문에 그 상한을 0.1%로 한정한다.
황(S)은 강의 제조공정에 있어서 불가피하게 불순물로서 첨가되는 성분으로서, 부재의 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. 함량이 0.0001% 미만을 위해서는 많은 제조비용이 들기 때문에 그 하한을 0.0001%로 한정하고, 과다하게 함유할 경우 부재의 연성을 저하시키기 때문에 그 상한을 0.03%로 한정한다.
알루미늄(Al)은 규소(Si)와 유사하게 제강에서 탈산 작용을 통하여 강의 청정성을 높이는 원소이다. 상기 Al의 첨가량은 0.001~0.1%인 것이 바람직한데, Al 함유량이 0.1%를 초과하게 되면 완전 오스테나이트 단상역 열처리를 위한 온도가 증가하여 냉연강판 표면 산화스케일을 증가시키기 때문에 0.1% 이하로 첨가하다.
붕소(B)는 열간성형용 강판을 가열로에서 완전 오스테나이트화 시킨 후 프레스 급냉을 위하여 블랭크를 이송 중 연질의 페라이트가 생성되는 것을 억제하기 위하여 첨가된다. 상기 목적을 달성하기 위해서는 0.0001% 이상 첨가되어야 하고, 그 함량이 0.005% 초과하게 되면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 열연재의 압연성을 저하시키기 때문에, 그 상한을 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn)은 본 발명에서 매우 중요한 역할을 한다. 상기 원소는 결정립계 및 표면에 농화되는 원소로서, 기존에 연구된 바에 의하면 강판 표면에 농화되어 규소(Si) 또는 망간(Mn) 산화물 생성을 억제하여 도금성을 향상시킬 수 있다고 기술되어 있다. 그러나, 본 연구자들은 상기 원소들이 열간성형된 부재에 있어서 산화스케일과 모재의 결합력을 충분히 약화시켜 쉽게 산화스케일이 제거될 수 있다는 것을 발견하였다. 이와 같은 효과를 얻기 위하여는 그 합계가 0.001%를 초과하여야 하고(바람직하게는 0.01%, 보다 바람직하게는 0.03%), 0.5%를 초과하게 되면 슬라브에서 액화 취성을 야기할 수 있을 뿐만 아니라 그 효과가 포화되어 그 상한을 0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 냉연강판은 전술한 합금조성 외에 나머지 Fe로 이루어지며, 제조공정상 불가피하게 포함되는 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명이 제공하는 냉연강판의 미세조직은 페라이트를 주상으로 하면서 2상으로서 세멘타이트 또는 퍼얼라이트를 함유한다. 뿐만 아니라 일부 베이나이트와 마르텐사이트를 더 함유할 수 있다. 이는 열간성형을 위한 블랭크(blank)를 제작하기 위해서는 냉연강판의 강도가 너무 크기 안되기 때문이다.
보다 구체적으로 상기 열간성형용 냉연강판의 미세조직이 30~90 면적%의 페라이트; 10~70 면적%의 세멘타이트 및 퍼얼라이트 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하며, 50~90 면적%의 페라이트; 10~50 면적%의 세멘타이트 및 퍼얼라이트 중 적어도 하나 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이에 더하여, 잔부의 베이나이트와 마르텐사이트를 더 함유할 수도 있다.
상기 조성과 미세조직으로 이루어진 열간성형 부재는 강도가 매우 뛰어나기 때문에 TS(인장강도, MPa)값이 1,000 이상인 것이 바람직하며, 1,200 이상인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 열간성형용 냉연강판은 표층에 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성될 수 있다. 상기 농화층에 대해서는 하기 열간성형 부재에 보다 자세히 개시한 바와 같이, 본 발명의 냉연강판을 열간성형하는 단계에서 농화층이 주로 생성되지만, 냉연강판을 제조할 때, 열간압연하는 단계 등에서도 농화층이 생성될 수 있다.
한편, 상기 농화층은 두께가 0.01 내지 10㎛정도인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 열간성형용 냉연강판은 상기 조성에 의해 우수한 강도를 가지는 동시에, 열간성형 열처리 공정을 거쳐 하기의 열간성형 부재의 제조 시, 산화스케일과 모재 사이의 결합력을 약화시켜 산화스케일의 제거 성능이 우수한 열간성형 부재를 얻는 데 중요한 역할을 한다.
2. 열간성형용 냉연강판의 제조방법
이하에서, 본 발명의 열간성형용 냉연강판의 제조방법에 대해서 상세히 설명하나, 최종 열간성형 부재를 얻기 위해 바람직한 냉연강판의 제조방법의 일례를 제시한 것이다.
먼저, 본 발명의 열간성형용 냉연강판의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1000~1300℃로 가열하는 단계; Ar3~1000℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 MS~750℃에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 산세처리한 후, 40~80%의 냉간압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 상기 냉연강판을 750~900℃에서 연속 소둔하는 단계를 포함한다.
상기 강 슬라브 가열온도가 1000℃ 미만이면 연주조직의 균질화가 충분하지 못하고 마무리 압연 시 온도확보가 어려운 문제가 생기고, 1300℃를 초과하면 결정입도가 증가하고 표면산화가 발생하여 강도가 감소하거나 표면특성이 열위되는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상기 강 슬라브 가열온도는 1000~1300℃가 바람직하다.
또한, 상기 마무리 압연온도가 Ar3(변태점) 미만이면 이상역 압연이 되어 열연혼립이 발생하고, 1000℃를 초과하면 결정립이 조대화되고 압연 시 표면 산화가 발생하는 문제가 생길 수 있으므로, 상기 마무리 압연온도는 Ar3 ~1000℃가 바람직하다.
이후 Ms 온도 초과 750℃ 이하에서 권취한다. 상기 열연강판은 산세 후 바로 사용될 수도 있다.
상기 산세처리는 상기 가열 및 열간압연단계에서 생성된 표면 산화물을 제거하는 것을 말한다. 그 후 냉간압연을 실시하며, 이때, 때 냉간압하율은 크게 한정하지는 않지만 40~80%로 하는 것이 바람직하다.
상기 냉간압연된 강판의 소둔온도가 750℃ 미만이면 재결정이 충분히 이루어지지 않아 가공성 확보에 한계가 있고, 900℃를 초과하면 설비의 한계로 인해 가열이 불가능해진다.
3. 열간성형 부재
이하, 본 발명의 열간성형 부재에 대해서 상세히 설명한다.
상기 열간성형 부재는, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 표층에 두께가 0.01 내지 20㎛이고, 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성된 것이 바람직하다.
상기와 같은 조성으로 이루어지고, 앞서 살펴본 냉연강판을 적절한 열처리 공정을 통하여 원하는 부재의 미세조직 및 표층 구조를 갖는 부재를 제조할 수 있다. 본 발명에서 열간성형 부재의 표층에는 두께가 0.01 내지 20㎛이고, 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성된 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 하기에 기재된 열간성형 공정 시 냉연강판으로부터 안티몬(Sb) 및/또는 주석(Sn)이 표면 확산되어 별도의 층을 형성하게 되는 것이다.
일반적으로 냉연강판을 열간성형하게 되면, 표면에는 흔히 산화스케일이 형성되는데, 이는 고온에서 대기 산소와의 직접적인 반응에 의해 형성된 금속산화물의 형태이다. 이때, 상기 안티몬(Sb) 및/또는 주석(Sn)은 냉연강판과 산화스케일 사이에 확산 및 농화되어 별도의 농화층을 형성하게 되고, 결국 산화스케일과 냉연간판 사이의 결합력을 현저하게 떨어뜨리는 역할을 하게 된다. 결과적으로, 종래의 부재에 형성된 산화스케일을 제거하기 위한 많은 시간 및 부재의 형상 뒤틀림 또는 불완전한 산화스케일 제거와 같은 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.
한편, 상기 농화층의 두께가 0.01㎛ 미만인 경우, 본 발명에서 추구하고자 하는 산화층 박리성이 우수한 부재를 얻기가 어렵고, 20㎛ 초과인 경우, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 제조비용 및 어려움이 상승하는 문제가 있다.
다음으로, 열간성형 부재의 조직을 살펴보면, 열처리 후 1000MPa 이상의 높은 인장강도를 확보하기 위해서 열처리 후 부재의 조직은 마르텐사이트 상을 주상으로 한다. 이때, 마르텐사이트 상의 면적%가 80% 이상이고 잔부는 베이나이트 또는 페라이트가 생성될 수 있다. 또한, 상기 마르텐사이트 상의 면적%가 90% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 조성과 미세조직으로 이루어진 열간성형 부재는 강도가 매우 뛰어나기 때문에 TS(인장강도, MPa)값이 1,000 이상인 것이 바람직하며, 1,200 이상인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명의 연간성형 부재는 쇼트 블라스트(Shot Blast) 처리 이후 표면에 미제거된 산화스케일의 면적비율이 전체 부재 면적에 대하여 1%이하인 것을 특징으로 한다.
상기 쇼트 블라스트는 상기 산화스케일을 기계적으로 제거하기 위한 공정이다. 상기 쇼트 블라스트 처리는 일정한 크기의 투사체인 볼(ball)을 강판 표면에 분사하여, 강판 표면에 형성된 스케일을 제거하는 처리 방법으로, 투사체는 스틸 볼(steel ball), 세라믹 볼, 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있으며, 상기 쇼트 블라스트에서 투사방법은 공기압력식, 수압식 등 어떠한 경우라도 무방하다.
본 발명의 경우, 산화스케일 제거 정도를 정량적으로 평가하기 위하여 550mm × 580mm 크기의 평판을 930도에서 5분간 열처리 및 급냉 후 쇼트 블라스트 작업을 실시하였다. 그릿(grit 0.4mm)를 이용하여 상, 하 두개의 임펠러를 2400rpm/분의 속도로 20초간 동일하게 시편에 분사하여 연간성형 부재의 산화스케일을 제거하는 경우, 본 발명의 산화스케일이 제거되지 않고 남아있는 부분은 1% 이하, 보다 바람직하게는 0.5% 이하이다.
4. 열간성형 부재의 제조방법
이하에서, 본 발명의 열간성형 부재의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.
상기 열간성형 부재의 제조방법은 상기 냉연강판을 열간성형하여 부재를 제공하는 것으로서, 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1000~1300℃로 가열하는 단계; 상기 강 슬라브를 Ar3~1000℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 MS~750℃에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 산세처리한 후, 40~80%의 냉간압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 750~900℃에서 연속 소둔하는 단계; 상기 소둔한 강판을 800~1000℃ 범위로 1~100℃/초의 속도로 승온하고, 상기 온도범위를 10~1000초 유지하는 열처리단계; 및 상기 열처리한 강판을 프레스로 열간성형하는 단계 및 10~1000℃/초의 속도로 급냉하는 단계를 포함한다.
상기 열간성형 부재의 제조방법에 있어서, 강 슬라브를 1000~1300℃로 가열하는 단계; 상기 강 슬라브를 Ar3~1000℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 MS~750℃에서 권취하는 단계; 상기 권취된 열연강판을 산세처리한 후, 40~80%의 냉간압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 750~900℃에서 연속 소둔하는 단계는 앞에서 설명한 냉연강판의 제조 방법과 동일한 바 자세한 내용은 생략한다.
이하, 상기와 같이 제조된 냉연강판을 열간성형을 실시하여 원하는 부재, 구체적으로, 원하는 표층 조직을 얻기 위한 방법에 대하여 설명한다.
상기 냉연강판은 1~100℃/초의 속도로 오스테나이트 단상역 온도 800~1000℃까지 승온한다. 이 때 승온 속도가 1℃/초 미만으로 가열 시 부재 제조를 위한 많은 시간이 소요되어 생산성이 크게 떨어진다. 상기 승온 속도가 100℃/초를 초과하게 되면 이를 위한 특별한 가열설비가 필요하고, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 불필요한 부분이기 때문에 그 상한을 100℃/초로 한정하는 것이 바람직하다. 오스테나이트 단상역 온도는 성분에 따라서 변하기 때문에 특정한 수치로 한정하기는 어렵다. 또한, 열처리 온도를 800℃ 미만으로 할 경우 Sb 및/또는 Sn이 표층으로 확산하기 어려워지며, 1000℃ 초과로 할 경우, 가열로의 운전비용이 상승하여 비경제적이며 산화스케일 층이 과도하게 두껍게 생성되어 박리가 어려워진다. 이후 유지시간은 크게 한정하지 않지만 1~1000초로 하는 것이 바람직하다. 1초 미만에서는 Sb 및/또는 Sn의 충분한 확산이 어렵고 1000초 초과에서는 충분한 생산성을 확보하기 어렵다.
이후 프레스로 열간성형 시 냉각속도는 10~1000℃/초 정도인 것이 바람직하며, 30~200℃/초 정도인 것이 더욱 바람직하다. 10℃/초 미만에서는 연질의 페라이트 및/또는 베이나이트가 주상으로 생성될 수 있어 원하는 강도를 확보하기 어렵고 1000℃/초를 초과하는 경우, 강도에 있어서는 바람직한 방향이나, 이를 위해서는 특별한 냉각설비가 필요하여 과도한 비용상승의 문제가 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 기술한다. 다만, 이는 본 발명의 보다 완전한 설명을 위한 것일 뿐 하기 개별 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
(실시예)
다음은 본 발명에 대하여 실시 예를 통하여 설명한다.
하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 진공용해하고, 재가열온도 1200℃에서 1시간 가열하고 열간압연을 실시하였다. 열간압연 마무리온도는 870℃이며, 노냉온도는 680℃로 하여 열연강판을 제조하였다. 열간압연된 강판은 산세를 실시하고 냉간압하율을 50%로 하여 냉간압연을 실시하여 최종두께를 1.5mm로 하였다. 냉간압연된 강판은 780℃에서 소둔한 후 연속소둔을 실시하여 냉연강판를 제조하였다.
구분 화학성분 (중량%)
C Si Mn P S Al B Sb Sn
발명강 A 0.16 0.2 1.1 0.015 0.003 0.05 0.003 0.02 -
발명강 B 0.23 0.4 1.7 0.012 0.006 0.02 0.002 - 0.1
발명강 C 0.31 0.1 0.9 0.020 0.005 0.03 0.001 0.1 0.2
비교강 D 0.22 0.2 1.2 0.017 0.005 0.03 0.002 - -
상기와 같이 제조된 강판을 이용하여, 하기 표 2와 같은 조건으로 열간성형 열처리를 실시하였다. 이로부터 얻어진 열간성형 부재를 JIS Z 2201 5호 인장시험편을 이용하여 기계적 성질을 측정하였으며, Sb 및/또는 Sn 농화층 두께는 FE-EPMA를 이용하여 측정되었다.
한편, 산화스케일 제거 정도를 정량적으로 평가하기 위하여 550mm × 580mm 크기의 평판을 930도에서 5분간 열처리 및 프레스 급냉 후 쇼트 블라스트 작업을 실시하였다. 쇼트 블라스트 작업은 grit 0.4mm를 이용하여 상, 하 두개의 임펠러를 2400rpm/분의 속도로 20초간 동일하게 시편에 분사하였다. 산화스케일이 제거된 시편은 카메라를 이용하여 산화스케일이 제거되지 않고 남아있는 부분을 면적율로 분석하였다.
구분 열처리 조건 기계적 성질 (Sb+Sn)
농화층
두께
(㎛)		 산화스케일
미제거층
분율
(%)
강종 시편 온도
(℃)		 시간
(초)		 냉각
속도
(℃/초)		 YS
(MPa)		 TS
(MPa)		 El
(%)
발명강 A 발명예 1 930 300 50 935 1216 7.3 0.9 0.4
발명예 2 870 10 75 969 1254 6.8 0.1 0.5
비교예 1 700 100 50 318 639 16.8 0.001 4
발명강 B 발명예 3 930 300 50 1086 1563 6.8 4.5 0.2
발명예 4 850 10 75 1126 1582 6.5 2.7 0.3
발명강 C 발명예 5 930 300 50 1292 1827 5.6 13.2 0
발명예 6 850 10 75 1308 1853 5.1 10.6 0.1
비교강 D 비교예 2 930 300 50 1069 1527 7.1 0 18
상기 표 1 내지 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 성분계와 제조조건에 부합하는 강종인 발명예 1 내지 6은 잔존해 있는 산화스케일이 1%이하로 존재하였다. 다만, 비교예 1을 살펴보면, 발명강 A라고 하더라도 열처리온도가 낮으면 충분한 강도가 확보되지 않을 뿐만 아니라 Sb와 Sn의 합계 농화층의 두께가 충분히 형성되지 않아 산화스케일이 1% 초과한다. Sb와 Sn이 첨가되지 않은 비교강 D의 경우에는 산화스케일과 모재 사이의 높은 결합력으로 인해 비교적 많은 산화스케일이 잔존하였다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하고,
    표층에 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성된 열간성형용 냉연강판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열간성형용 냉연강판의 미세조직이 30~90 면적%의 페라이트; 및
    10~70 면적%의 세멘타이트 및 퍼얼라이트 중 적어도 하나 이상을 포함하는 열간성형용 냉연강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열간성형용 냉연강판의 인장강도(Ts)는 1000MPa 이상인 열간성형용 냉연강판.
  5. 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1000~1300℃로 가열하는 단계;
    Ar3~1000℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 MS~750℃에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 열연강판을 산세처리한 후, 40~80%의 냉간압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연강판을 750~900℃에서 연속 소둔하는 단계를 포함하는 열간성형용 냉연강판의 제조 방법.
  6. 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하고,
    표층에 두께가 0.01 내지 20㎛이고, 상기 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 농화층이 형성된 열간성형 부재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열간성형 부재의 미세조직이 마르텐사이트를 주상으로 하는 것인 열간성형 부재.
  8. 제6항에 있어서
    상기 열간성형 부재의 인장강도(Ts)는 1000MPa 이상인 열간성형 부재.
  9. 제6항에 있어서,
    쇼트 블라스트 처리 이후, 전체 부재 면적에 대하여 미제거된 산화스케일의 면적비율이 1%이하인 열간성형 부재.
  10. 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.5%, 실리콘(Si): 0.001~1%, 망간(Mn): 0.1~3.0%, 인(P): 0.0001~0.1%, 황(S): 0.0001~0.03%, 알루미늄(Al): 0.001~0.1%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 안티몬(Sb) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상: 0.001~0.5%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지는 강 슬라브를 1000~1300℃로 가열하는 단계;
    상기 강 슬라브를 Ar3~1000℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 MS~750℃에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 열연강판을 산세처리한 후, 40~80%의 냉간압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연강판을 750~900℃에서 연속 소둔하는 단계;
    상기 소둔한 강판을 800~1000℃ 범위로 1~100℃/초의 속도로 승온하고, 상기 온도범위를 10~1000초 유지하는 열처리단계; 및
    상기 열처리한 강판을 프레스로 열간성형하는 단계 및 10~1000℃/초의 속도로 급냉하는 단계를 포함하는 열간성형 부재의 제조방법.

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