KR101634010B1

KR101634010B1 - 고강도 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101634010B1
Application number: KR1020140190845A
Authority: KR
Inventors: 김동용; 허성열; 임태순
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-08

Abstract

가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0.03% 이하, 망간(Mn) : 1.8% 이하, 인(P) : 0.05~0.1%, 황(S) : 0.003~0.01%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.05%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열한 후, Ar3 이하의 온도의 마무리열간압연 조건으로 열간압연하는 단계; 열간압연된 판재를 650~700℃까지 1차 냉각하는 단계; 1차 냉각된 판재를 5~10초동안 1차 유지하는 단계; 1차 유지된 판재를 500~550℃까지 2차 냉각하는 단계; 및 2차 냉각된 판재를 5~10초동안 2차 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 강판 및 그 제조 방법 {HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 고강도 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 가공성, 즉 딥드로잉(Deep drawing)성을 확보하기 위해서는 기본적으로 우수한 r값을 확보해야만 가능하다. 기존의 냉연소둔강판이나 냉연도금강판의 경우 높은 r값에 의해 충분한 딥드로잉성을 확보 할 수 있다. 열연 Final의 제품의 경우 (111) 방위의 집합조직을 발달시키기 어려워 높은 값의 성형성을 가지는 힘든 게 현실이다. 그러므로, 고성형성을 요하는 제품에는 냉연강판의 형태로 공급하여 제품화가 된다.

고성형을 확보하기 위해서는 열간단계에서 어느 특정한 방위값을 가지는 거 보다 랜덤한 방위를 가는게 오히려 성형성에 있어서는 유리하다. 냉연 소둔시 높은 압하력과 높은 소둔온도를 통하여 (111) 방위로 발달 시킬 수 있다. 일반적으로 우수한 성형성을 확보하기 위해서는 낮은 평면이방성계수(△r) 값을 확보해야 한다.

△r = (r0 + 2r45 + r90) / 2

(r0는 압연방향, r45압연의 대각선방향, r90압연의 수직방향 값)

일단, 기본적으로 냉연강판을 사용할 시에는 원가 자체가 열연강판에 비해서 월등히 높으며, 고강도 IF강의 경우 P첨가로 인해 2차 가공취성의 위험이 있어, 가공 시 가공 결함이 발생할 확률이 높다

본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0063981호(2005.06.29. 공개)에 개시된 굽힘가공성이 우수한 초고강도 강판의 제조방법이 있다.

본 발명의 목적은 합금성분 및 공정 제어를 통하여 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0 초과 1.8% 이하, 인(P) : 0.05~0.1%, 황(S) : 0.003~0.01%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.05%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열한 후, Ar3 이하의 온도의 마무리열간압연 조건으로 열간압연하는 단계; 열간압연된 판재를 650~700℃까지 1차 냉각하는 단계; 1차 냉각된 판재를 5~10초동안 1차 유지하는 단계; 1차 유지된 판재를 500~550℃까지 2차 냉각하는 단계; 2차 냉각된 판재를 5~10초동안 2차 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 2차 유지된 판재를 냉각하여 400~450℃에서 권취할 수 있다 .

또한, 상기 마무리압연온도는 750~800℃일 수 있다.

또한, 상기 1차 냉각은 20~50℃/sec의 평균냉각속도로 수행될 수 있다.

또한, 상기 2차 냉각은 20~50℃/sec의 평균냉각속도로 수행될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0 초과 10.03% 이하, 망간(Mn) : 0 초과 1.8% 이하, 인(P) : 0.05~0.1%, 황(S) : 0.003~0.01%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.05%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어고, 인장 강도 400MPa 이상, 연신율 35% 이상 및 평면이방성 지수(△r)가 0.4 이하를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법에 의하면, 니오븀 등의 합금성분 제어 및 열간압연, 냉각 등의 공정 제어를 통하여 인장 강도 400MPa 이상의 고강도와 더불어, 연신율 35% 이상 및 평면이방성 지수(△r)가 0.4 이하의 우수한 성형성 및 가공성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 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, 본 발명에 따른 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0 초과 1.8% 이하, 인(P) : 0.05~0.1%, 황(S) : 0.003~0.01%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.05%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02%를 포함한다.

상기 성분들 외 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 고강도 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소[C] : 0.003~0.01 중량%

탄소(C)는 강판 내에 고용원소로 존재하여 냉연 및 소둔 시 강판의 집합조직의 형성과정에서 가공성에 유리한 (111) 집합조직의 형성을 저해하여 가공성 및 성형성을 저하시키는 역할을 한다. 또한 C가 강중에 존재하는 경우 시효문제를 일으켜 스트레쳐 스트레인(Strecher Strain)문제를 야기시킨다. 탄소함량이 0.01중량%를 초과하여 다량 함유되어 있을 경우 탄화물 형성 원소 Nb 첨가량을 늘려야 한다. 이럴 경우 강의 원가상승을 유도할 뿐 아니라 Nb의 다량 첨가에 의해 재질 및 표면물성이 저하된다.

다만, 탄소의 경우, 함량이 적을수록 유리하지만, 제강기술의 한계가 존재하고 입계취화현상이 발생할 가능성이 존재하므로, 0.003중량% 이상 첨가하였다.

실리콘[Si] : 0 초과 0.03중량% 이하

실리콘(Si)은 고용강화효과에 의해 강도를 상승시킨다. 함량이 높을수록 강도는 증가하지만, 후공정의 도금특성을 저하시키므로, 실리콘은 0 초과 0.03중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

망간[Mn] : 0 초과 1.8중량% 이하

망간(Mn)은 어느 정도까지 강도확보와 함께 MnS를 형성하여 S에 의한 크랙발생을 방지하기 위해 첨가하는 성분이다. 다만, 망간이 1.8중량%를 초과하는 경우, Mn의 입계편석에 의해 가공성 및 성형성을 저하시키며, 도금특성에 악영향을 미친다.

인[P] : 0.05~0.10 중량%

인(P)은 고용강화 효과가 탁월한 성분으로서 강도상승의 목적으로 많이 첨가가 되고 0.05중량% 이상 첨가시 그 효과가 현저하다. 다만, 인의 함량이 0.1중량%를 초과하는 경우, 연신율 및 r값에 악영향을 미친다.

황[S]: 0.003~0.010 중량%

황(S)은 스케일 감소 효과에 기여한다. 다만, 황의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우 가공성에 악영향을 미친다. 반면, 황의 함량이 0.003중량% 미만 첨가시 스케일 감소 효과가 불충분하다.

알루미늄[Al]: 0.01~0.06중량%

알루미늄(Al)은 탈산제로서의 역할을 하는 성분으로서, 0.01중량% 이상 첨가시 강중 용존 산소량을 충분히 낮은 상태로 유지한다. 다만 알루미늄의 함량이 0.06중량%를 초과하는 경우 연주시 문제발생이 할 수 있다.

질소[N]: 0.001~0.005 중량%

질소(N)는 탄소와 마찬가지로 강내에 고용원소로 존재하여 연신율을 저하시켜 강판의 가공성 및 성형성을 저하키시는 역할을 한다. N은 그 함량이 적을수록 성형성에 유리하나 제강수준 및 원가를 고려하여 하한을 0.001%로 하였다. 또한 N을 함량이 많을수록 가공성을 저하시키기에 그 상한을 0.005중량%로 하였다.

니오븀[Nb] : 0.02~0.05 중량%

니오븀(Nb)은 고용원소로 존재하는 C와 N을 NbC, NbN의 석출물 형태로 석출시켜 강중의 고용원소를 제거하여 r값을 향상시키고 강중의 C를 제거시켜 비시효특성을 나타낸다. 이는 니오븀 첨가량이 0.02중량% 이상일 때 현저하다. 다만, 고용원소를 화학양론적으로 석출시킬 수 있는 이상의 함량 즉, 0.05중량%를 초과하여 첨가시 r값이 떨어진다. 또한 그 만큼의 원가상승으로 제조단가를 높인다.

본 발명에서는 Nb 첨가 시 Mn 등이 입계에 자리 잡기 이전에 위치하여 강의 도금성을 크게 향상시킨다.

몰리브덴[Mo] : 0.01~0.02 중량%

몰리브덴(Mo)은 가공성을 향상시키는 원소이고 또한 본 발명에서는 도금성 및 2차 가공 취성을 억제하는 원소이다. 이러한 효과는 0.01중량% 이상 첨가시 현저하다. 다만, 몰리브덴의 첨가량이 0.02중량%를 초과하는 경우, 석출물 형태로 가공성을 상향시키는 것 보다 고용원소로서 강도를 상승시켜 성형성 및 가공성을 저하시킬 수 있다.

상기 합금성분으로 이루어지는 본 발명에 따른 고강도 강판은 후술하는 공정에 따라서, 인장 강도 400MPa 이상, 연신율 35% 이상 및 평면이방성 지수(△r)가 0.4 이하를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 고강도 강판은 전술한 합금 조성을 갖는 슬라브 판재를 재가열한 후, Ar3 이하의 마무리열간압연 조건으로 열간압연하는 단계와, 열간압연된 판재를 650~700℃까지 1차 냉각하는 단계와, 1차 냉각된 판재를 5~10초동안 1차 유지하는 단계와, 1차 유지된 판재를 500~550℃까지 2차 냉각하는 단계와, 2차 냉각된 판재를 5~10초동안 2차 유지하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

2차 유지 이후에는, 2차 유지된 판재를 냉각하여 400~450℃에서 권취할 수 있다.

이때, 본 발명의 경우, Ar3 이하, 보다 구체적으로는 750~800℃ 마무리압연온도 조건으로 열간압연한다. 이러한 Ar3 이하의 마무리 압연을 통하여, 마무리 압연시 가동전위가 다량 생성될 수 있어 항복비 감소, 성형성, 가공성 측면에서 유리하다.

또한, 1차 냉각은 20~50℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것이 보다 바람직하다. 이러한 조건에서 (111)집합조직이 충분히 형성될 수 있다.

또한, 1차 유지를 통하여 강중의 탄소가 최대한으로 과포화되어 세멘타이트(Fe3C)로 석출되어 강중의 탄소를 저감시켜 우수한 비시효특성을 나타낼 수 있다.

또한, 2차 냉각은 20~50℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 2차 유지를 통하여 석출물 및 조직을 균일 및 성장시켜 연신율을 향상시킬 수 있다.

또한, 1차 유지 및 2차 유지는 열을 가하여 온도를 유지하는 방법, 혹은 공냉하는 방법이 될 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 바와 같은 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 표 2에 기재된 바와 같은 조건으로 슬라브 재가열, 열간압연 및 권취하였다.

이때, 시편 1 및 시편 3의 경우, 열간압연 이후 권취온도까지 30℃/sec의 평균냉각속도로 냉각하였다. 반면, 시편 2 및 시편 4의 경우, 열간압연 이후, 30℃/sec의 평균냉각속도로 670℃까지 1차 냉각하고, 공냉으로 8초동안 1차 유지하고, 540℃까지 30℃/sec의 평균냉각속도로 2차 냉각한 후 공냉으로 8초동안 2차 유지한 후, 20℃/sec의 평균냉각속도로 권취온도까지 냉각하였다.

[표 1] (단위: 중량%)

[표 2]

2. 기계적 특성 평가

표 3은 강 시편 1~4의 기계적 물성을 나타낸 것이다.

표 3에서 평면이방성지수(△r)는 JIS 5호 시험편을 이용하여 3점법으로, 압연방향에 대하여 0°, 45°, 90° 각 방향의 평균 r값(r₀, r₉₀, r₄₅)을 측정하고, △r=(r₀+r₉₀+2r₄₅)/2로 산출하였다.

[표 3]

표 3을 참조하면, 본 발명의 합금조성 및 공정 조건을 만족하는 시편 4만이 인장강도 400MPa 이상, 연신율 35% 이상 및 평면이방성 지수 0.4 이하를 나타낼 수 있음을 볼 수 있다.

냉각 중 유지 과정이 없는 시편 1 및 시편 3의 경우, 강도는 우수하나, 연신율 및 평면이방성 지수가 목표치에 도달하지 못하였으며,

본 발명의 합금 조성에서 벗어난 시편 2의 경우, 제조 공정을 만족하였음에도 강도가 400MPa에 미치지 못하였다.

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

(a) 중량%로, 탄소(C) : 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0 초과 1.8% 이하, 인(P) : 0.05~0.1%, 황(S) : 0.003~0.01%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.05%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열한 후, Ar3 이하의 온도의 마무리열간압연 조건으로 열간압연하는 단계;
열간압연된 판재를 650~700℃까지 1차 냉각하는 단계;
1차 냉각된 판재를 5~10초동안 1차 유지하는 단계;
1차 유지된 판재를 500~550℃까지 2차 냉각하는 단계; 및
2차 냉각된 판재를 5~10초동안 2차 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
2차 유지된 판재를 냉각하여 400~450℃에서 권취하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법
제1항에 있어서,
상기 마무리열간압연 온도는 750~800℃인 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 냉각은 20~50℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 2차 냉각은 20~50℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
중량%로, 탄소(C) : 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0 초과 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0 초과 1.8% 이하, 인(P) : 0.05~0.1%, 황(S) : 0.003~0.01%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.06%, 질소(N) : 0.001~0.005%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.05%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.02% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어고,
인장 강도 400MPa 이상, 연신율 35% 이상 및 평면이방성 지수(△r)가 0.4 이하를 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.