KR101657791B1 - 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판은 탄소(C): 0.05~0.40 중량%, 망간(Mn): 6~11.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5~3.5 중량%, 실리콘(Si): 0.5~3 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법{HIGH MANGANESE STEEL SHEET HAVING HIGH-YIELD-RATIO AND HIGH-STRENGTH AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고망간강판은 차세대 자동차용 강판으로 강도가 높고 성형성이 우수하여 많은 관심을 받고 있으며, 자동차용 구조부재로 사용되고 있다. 그러나 일반적으로 고망간강판은 항복비가 낮기 때문에 하중지지를 위한 구조부재로 적용하기 어렵다. 따라서, 이러한 고망간강판을 하중지지를 위한 구조부재에 적용하기 위해서는 부품의 형상을 변경하는 등의 추가적인 공정이 요구된다.
재료의 강도는 항복강도와 인장강도 구분되는데 항복강도는 변형에 대한 저항성을 의미하며, 인장강도는 파괴에 대한 저항성을 나타낸다. 자동차의 소재의 경우 충돌 시 승객의 안전을 보장하기 위해서는 탑승자 주위의 부품은 변형이 되지 않아야 하므로 항복강도가 높아야 탑승자 보호가 가능하고, 자동차의 충돌에 대한 안전규제를 만족할 수 있다. 한편으로는 프론트사이드멤버와 같이 충돌 시 충격에너지를 흡수해야 하는 부품은 항복강도가 낮은 경우 변형을 통해 에너지 흡수가 용이하므로 항복강도의 제어가 특히 중요하다.
아래의 선행기술문헌은 낮은 항복강도를 필요로하는 분야에 사용되는 고망간강판의 적용 예에 대하여 개시하고 있다.
한국 공개특허공보 제2014-0119216호
본 발명은 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판은 탄소(C): 0.05~0.40 중량%, 망간(Mn): 6~11.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5~3.5 중량%, 실리콘(Si): 0.5~3 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판의 제조 방법은, 탄소(C): 0.05~0.40 중량%, 망간(Mn): 6~11.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5~3.5 중량%, 실리콘(Si): 0.5~3 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계, 상기 슬라브를 1100 내지 1250℃로 가열하는 단계, 상기 가열된 슬라브를 900 내지 1000℃로 마무리 압연하는 열간 압연 단계, 상기 열간 압연된 강판을 400 내지 700℃에서 권취하는 단계, 상기 권취된 강판을 산세하고 압하율 30 내지 60%로 냉간 압연하는 단계 및 상기 냉간 압연된 강판을 650 내지 900℃에서 소둔하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예를 따르면, 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판의 미세조직을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 목적은 주로 자동차용 소재로 사용되는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 자동차 소재와 같이 항복강도가 중요한 분야에 적용될 수 있으며, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다.
일반적으로 자동차 소재의 경우 자체의 강도를 향상시켜 승객의 안전을 보장해야 하는 필요성이 요구된다. 따라서, 항복강도는 자동차 소재 등에 있어서 가장 중요한 요소이다.
일반적으로 항복강도를 증가하는 방법은 결정입도를 미세하게 하는 방법, 미세한 석출상을 결정입내에 형성하여 강화하는 방법, 가공경화를 이용하여 강도를 증가시키는 방법 등이 있다. 결정입도를 미세하게 하는 방법은 압연온도를 낮게 하여 상변태 중에 입도를 적게하는 방법과 석출상을 이용하여 결정입도의 성장을 방지하여 미세하게 하는 방법이 있다.
그러나 결정립도를 미세하게 하기 위해 압하율을 증가시키거나, 석출상 형성 원소를 첨가하는 경우 압연 부하 증가 등의 생산의 어려움이 발생한다. 가공경화를 이용하는 방법은 열처리가 완료된 제품을 스킨패스 압연 과 같이 2차 압연을 하는 방법이 있다. 그러나, 2차 압연을 하여 항복강도를 증가시키는 경우에는 재압연에 따른 비용 증가 등의 문제가 있다. 이와 같은 이유로 오스테나이트 단상 조직을 가지는 고망간강판의 항복강도를 증가시키는데 어려움이 있다.
본 발명은 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판 및 그 제조 방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판은, 탄소(C): 0.05~0.40중량%, 망간(Mn): 6~11.5중량%, 알루미늄(Al): 0.5~3.5 중량%, 실리콘(Si): 0.5~3%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판은 오스테나이트 및 페라이트의 복합조직을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 오스테나이트 단상 조직을 가지는 고망간강판의 항복강도를 증가시키는데 어려움이 있으며, 본 발명에서는 오스테나이트상 보다 항복강도가 높은 페라이트 조직을 가지는 복합조직 고망간강판을 통해 항복강도를 증가시킨다.
성분계 및 성분범위
이하 본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판의 성분계 및 성분범위에 대하여 설명한다.
탄소(C): 0.05~0.40 중량%
탄소(C)는 강내에서 고용되거나 석출상을 형성하여 강도를 증가시키는 역할을 한다.
탄소(C)는 충분한 강도 확보를 위해 0.05 중량% 이상을 첨가한다. 다만, 탄소(C)의 양이 0.4 중량%를 초과하는 경우에는 오스테나이트의 분율을 과도하게 증가시켜 항복강도가 감소하고, 액상선온도와 고상선온도의 간격이 커져서 주조성이 열화되는 문제점이 있다. 따라서, 탄소(C)의 함량은 0.05~0.40 중량%로 제한한다.
망간( Mn ): 6~11.5 중량%
망간(Mn)은 오스테나이트 조직을 안정화시키는 역할을 한다.
망간(Mn)은 오스테나이트 조직 안정화를 위해 6 중량% 이상 첨가하며, 바람직하게는 7.5 중량%를 첨가한다. 다만, 망간(Mn)이 11.5 중량%를 초과하여 첨가되면 오스테나이트의 분율을 과도하게 증가시켜 항복강도가 감소하고, 제조원가가 증가하고, 공정상 열간압연 단계에서 가열 시 내부산화가 심하게 발생되어 표면품질이 나빠지는 문제가 발생하게 된다. 따라서 망간(Mn)은 6 내지 11.5 중량%, 바람직하게는 7.5 내지 10.01 중량%의 범위로 첨가한다.
알루미늄( Al ): 0.5~3.5%
알루미늄(Al)은 쌍정(TWIP: twin induced plasticity)강에서 적층결함에너지를 조절하여 쌍정형성에 크게 영향을 미치는 원소이고, 탄화물이 형성되는 것을 방지하는데 효과적인 원소로 알려져 있다. 알루미늄(Al)은 강의 탈산제로 사용되며, 과도하게 첨가되는 경우 입계에 산화물을 형성하여 고온연성을 감소시키고, 크랙 등을 유발하여 표면품질을 저하시키는 원소로 알려져 있다.
페라이트의 분율을 확보하기 위해 표면 품질을 저하시키지 않는 범위에서 0.5 중량% 이상 첨가한다. 알루미늄(Al)이 3.5 중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화물을 형성하여 크랙 등을 형성하고, 페라이트 분율이 증가하여 연신율이 저하되므로 알루미늄(Al)의 함량의 상한은 3.5 중량%로 제한한다.
실리콘( Si ): 0.5~3 중량%
실리콘(Si)은 페라이트 안정화 원소로 항복강도를 증가시키는 페라이트 분율에 큰 영향을 미치는 원소인다. 자동차용 고강도강에서 탄화물이 형성되는 것을 방지하는데 효과적인 원소로 알려져 있다. 실리콘(Si)은 강의 탈산제로 사용되며, 과도하게 첨가되는 경우 표면에 산화물을 형성하여 산세성을 감소시키고, 크랙 등을 유발하여 표면품질을 저하시키는 원소로 알려져 있다.
페라이트의 분율을 확보하기 위해 표면 품질을 저하시키지 않는 범위에서 0.5 중량% 이상 첨가한다. 실리콘(Si)이 3 중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화물을 형성하여 크랙 등을 형성하고, 페라이트 분율이 증가하여 연신율이 저하되므로 실리콘(Si)의 함량의 상한은 3 중량%로 제한된다.
황(S): 0.05 중량% 이하
황(S)은 개재물의 제어를 위하여 0.05 중량% 이하로 제한한다. 황(S)의 양이 0.05 중량%를 초과하면 열간취성의 문제점이 발생한다.
인(P): 0.08 중량% 이하
인(P)은 편석이 쉽게 발생되는 원소로 주조시 균열발생의 원인이 된다. 이를 방지하기 위하여 인(P)의 함량은 0.08 중량% 이하로 제어되어야 한다. 인(P)의 양이 0.08%를 초과하면 주조성이 악화될 수 있다.
본 발명에 따른 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판에서 상기 성분들을 제외한 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자에게 자명한 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
상기 고망간강판의 조직은 오스테나이트 및 페라이트의 복합조직일 수 있다. 또한, 상기 고망간강판은 고항복비 및 고강도를 갖는다. 바람직하게는, 상기 고망간강판은 인장강도가 800MPa 이상, 항복비가 55% 이상, 인장강도×연신율 값이 40000MPa×% 이상일 수 있다.
제조 방법
이하 본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판의 제조 방법을 설명한다.
가열하는 단계
앞서 설명한 성분계 및 성분범위를 갖는 슬라브를 1100 내지 1250℃ 온도에서 가열한다. 이와 같이 슬라브를 가열함으로써 압연하중을 줄이고, 주조 중에 형성된 주조조직을 균일하게 하고, 탄화물을 재고용한다.
가열온도가 1100℃ 보다 낮으면 주조 중에 형성된 탄화물이 충분히 재고용되지 않기 때문에 조대한 탄화물이 형성되는 문제점이 있다. 또한, 가열온도가 1250℃ 보다 높으면 고온 가열로 인하여 내부산화가 심하게 발생되어 표면품질이 나빠지는 문제가 있다.
열간 압연하는 단계
상기 가열공정을 거친 슬라브는 900 내지 1000℃로 마무리 압연하는 열간 압연 단계를 거친다.
열간압연 마무리 온도가 900℃ 보다 낮은 경우 압연 중 부하가 커지는 문제점과 변형 저항이 높은 문제점이 있다. 또한, 열간 압연 마무리 온도가 1000℃ 보다 높으면 표면품질이 저하되는 문제가 있다.
권취하는 단계
상기 열간 압연하는 단계를 거친 강판을 코일형태로 권취한다. 열간압연 후, 예를 들면, 열간압연된 강판을 냉각수에 의해 귄취온도까지 냉각한다.
이 때, 권취 온도는 400 내지 700℃를 설정한다. 권취 온도가 400℃ 보다 낮으면, 예를 들면, 냉각을 위해 다량의 냉각수가 필요하고, 권취 시 하중이 크게 작용하는 문제점이 있다.
한편, 권취 온도가 700℃ 보다 높으면 권취 후 냉각과정 중에 강판 표면의 산화피막과 강판 기지조직과의 반응이 진행되어 산세성을 악화시키는 문제점이 있다.
산세 및 냉간 압연하는 단계
상기 권취된 강판을 산세한 후 압하율 30 내지 60%로 냉간 압연한다.
본 발명에서 상기 산세 공정은 당해 기술 분야에 잘 알려진 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 권취된 강판의 표면에 형성된 산화물을 일반적인 산(acid) 용액으로 제거할 수 있다. 예를 들면, 5% 내지 15% 농도의 염산 용액을 이용하여 수행될 수 있다. 산의 농도가 5%보다 낮은 경우에는 표면 산화 피막의 완전한 제거가 어렵고 반면 15%를 초과하면 과산세가 되는 문제점이 있다. 산세 시간은 조업 속도에 의하여 결정되므로 특별히 한정하지 않는다. 산세 온도 역시 특별히 제한되지 않는다. 고온에서 산세 공정을 수행하면 설비의 부식이 촉진되고 유독 가스가 발생하는 문제가 있고, 저온에서 수행하면 산세 반응이 느려 조업시간이 길어지는 문제점이 있다. 따라서, 산세 온도는 이러한 점들을 고려하여 결정될 수 있다.
냉간압연 시 압하율은 일반적으로는 요구되는 제품의 두께에 따라 결정되지만, 본 발명의 실시 예를 따르는 고망간강판의 경우에는 냉간압연 후 열처리 과정에서 재결정이 진행되기 때문에 재결정의 구동력을 잘 제어하는 것이 필요하며, 이 때문에 압하율이 30 내지 60%로 조절되어야 한다.
압하율이 30% 보다 낮으면 제품의 강도가 떨어지는 문제점이 있고, 압하율이 60% 보다 높으면 압연기의 부하가 증가하는 문제점이 있다.
소둔하는 단계
냉간압연된 강판을 소둔한다. 소둔은 예를 들면, 연속소둔방식으로 행할 수 있다.
소둔온도는 650 내지 900℃로 설정한다. 소둔 온도가 650℃ 보다 낮으면 재결정이 충분히 일어나지 않는 문제점이 있고, 소둔 온도가 900℃ 보다 높으면 강판의 표면에 산화물이 형성되고, 연속 작업시 전/후 연결제품과의 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 따라서, 소둔 온도는 650 내지 900℃로 조절한다.
실시 예
하기 표 1의 조성을 갖는 강 슬라브를 가열, 열간압연, 권취, 냉간압연 및 소둔하여 냉연강판을 제조하였다. 하기 표 1 및 표 2에서 실시 예는 본 발명의 조성 및 제조조건에 부합되는 것이고, 비교 예는 본 발명의 조성 중의 어느 하나 이상을 벗어난 것이다.
하기 표 1의 실시 예 및 비교 예는 조성을 표 1의 조성에 따르는 것을 제외하고 동일한 공정에 의해 제조된 것이다. 구체적으로, 실시 예 및 비교 예의 내연강판은 하기 표 1의 조성을 갖는 슬라브를 1200℃ 온도에서 가열하고, 950℃로 마무리 압연하고, 550℃에서 권취하고, 압하율 50%로 냉간 압연한 후 800℃에서 연속 소둔한 것이다.
상기와 같이 제조된 냉연강판에 대하여 항복강도, 인장강도, 연신율, 인장강도×연신율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 하기 표 2의 실시 예 4의 강판에 대하여 미세조직을 관찰하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
탄소
(C)		 실리콘
(Si)		 망간
(Mn)		 인
(P)		 황
(S)		 알루미늄
(Al)		 니오븀
(Nb)
비교 예1 0.15 0.42 2.50 0.010 0.0060 0.05 0.026
실시 예1 0.30 1.05 7.50 0.009 0.0050 1.60 　-
실시 예2 0.31 1.10 8.01 0.009 0.0050 2.98 　-
실시 예3 0.40 1.05 8.01 0.010 0.0080 3.01 　-
실시 예4 0.32 2.10 8.02 0.012 0.0090 3.01 　-
실시 예5 0.31 1.03 10.01 0.010 0.0050 3.02 　-
비교 예2 0.45 0.01 12.00 0.012 0.0110 1.48 　-
비교 예3 0.44 0.01 14.80 0.012 0.0090 1.40 　-
비교 예4 0.43 0.01 15.00 0.009 0.0050 0.05 　-
비교 예5 0.15 0.02 15.00 0.010 0.0050 1.50 　-
항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 항복비
(%)		 인장강도×연신율
(MPa×%))
비교 예1 520.0 800.0 23.0 0.65 18400
실시 예1 651.0 845.0 49.0 0.77 41405
실시 예2 651.0 845.0 49.0 0.77 41405
실시 예3 657.0 962.0 49.0 0.68 47138
실시 예4 768.0 937.0 53.0 0.82 49661
실시 예5 618.0 936.0 43.0 0.66 40248
비교 예2 339.0 678.0 40.3 0.50 27323
비교 예3 341.0 862.0 63.2 0.40 54478
비교 예4 373.0 978.0 37.0 0.38 36186
비교 예5 377.0 1019.0 52.5 0.37 53498
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시 예1 내지 5는 본 발명의 실시 예를 따르는 성분계 및 성분범위를 만족하는 경우로서, 인장강도가 800MPa 이상이고, 항복비가 55% 이상이면서 인장강도×연신율 값이 40000MPa×% 이상임을 알 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 부합되는 실시 예4의 강판은 오스테나이트(1) 및 페라이트(2)의 복합조직을 포함함을 알 수 있다.
반면, 본 발명의 성분계 및 성분범위 중의 어느 하나 이상을 를 벗어나는 비교 예1 내지 5는 인장강도가 800MPa 보다 작거나, 인장강도가 높더라도 항복비가 55% 보다 낮거나, 인장강도×연신율 값이 40000MPa×% 보다 낮은 값을 갖는다.
이를 통하여, 본 발명의 실시 예에 따라 고망간강판을 제조함으로써 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
1: 오스테나이트
2: 페라이트

Claims (9)

  1. 탄소(C): 0.05~0.40 중량%, 망간(Mn): 7.50~11.5 중량%, 알루미늄(Al): 0.5~3.5 중량%, 실리콘(Si): 0.5~3 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    인장강도가 800~962MPa이며,
    인장강도×연신율 값이 40000MPa×% 이상인 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판.
  2. 제1항에 있어서,
    미세조직이 오스테나이트 및 페라이트의 복합조직인 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    항복비가 55% 이상인 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 망간(Mn)의 함량은 7.50~10.01 중량%인 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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