KR101717002B1 - 냉연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 질량%로 C:0.01% 이상 0.08% 이하, Si:0.01% 이상 1.0% 이하, Mn:0.05% 이상 1.0% 이하, P:0.03% 이하, S:0.015% 이하, Al:0.005% 이상 0.10% 이하, N:0.01% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트상의 면적률이 80% 이상이며, 펄라이트상, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상의 경질상의 면적률이 합계 20% 이하이며, 상기 경질상의 평균 입경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 상기 경질상의 평균 가로 세로비가 10.0 이하인 조직을 가지는 비커스 경도가 Hv 170 이상인 냉연 강판.

Description

냉연 강판 및 그 제조 방법{COLD-ROLLED STEEL SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 자동차용 구동계 부품(automotive drive-train parts)인 플레이트(plate), 디스크(disk), 링(ring) 등의 소재에 적합한 타발성(punchability) 및 내열 변형 특성(heat strain resistance)이 우수한 냉연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차의 구동계 부품으로서 사용되는 플레이트, 디스크, 링 등(예를 들어 AT플레이트 등)은, 종래 강판을 소정의 형상으로 타발한 후, 경화(hardening)를 목적으로 한 담금질(quenching) 등의 열 처리를 하여, 소정의 경도로 조정하고, 그 후, 마찰재(friction material)를 접착해서 제조되고 있었다. 그러나, 종래의 제조 방법에서는 열처리에 엄청난 열 에너지를 소비하고, 또한 전용의 열처리 설비를 필요로 하므로, 제조 비용의 증대를 피할 수 없었다.

이런 상황하에서, 최근, 타발 성형(blanking) 후, 열처리를 대신해서, 냉간 압연을 이용하여 소망하는 경도로 조정된 냉연 강판의 적용이 진행되고 있다. 냉연 강판을 적용한 경우, 담금질 등의 열처리가 불필요하므로, 제조 비용을 대폭 삭감할 수 있다. 그러나, 냉연 강판을 적용한 경우, 타발 가공 후의 부품에 큰 만곡이 발생하는 경우가 있다. 그래서, 타발 후에 형상 교정(shape straitening)이 필요하다는 문제가 있다. 또한, 교정해도 소정의 형상을 얻을 수 없다는 문제가 있다. 타발 후에는 양호한 평탄 형상(flatness)을 얻을 수 있다고 해도, 마찰재와의 접착 공정(bonding process)이나, 실제 사용 환경(actual use environment)에서 고온에 노출된 경우 잔류 응력(residual stress)이 풀려 변형된다는 열 변형의 문제도 있다.

플레이트를 비롯한, 구동계 부품용의 냉연 강판에 관해서는 지금까지 여러 가지 기술이 제안되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는 질량%로 C:0.05∼0.6%, Si:2.0% 이하, Mn:0.2∼2.0%, P:0.03% 이하, S:0.03% 이하, Sol.Al:0.1% 이하, N:0.01% 이하를 함유하고. 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강을 마무리 온도(Ar₃ 변태점 -20℃) 이상에서 열간 압연한 후, 냉각 속도 120℃/초 초과, 냉각 정지 온도 650℃ 이하, 강판 폭 방향의 중앙부와 에지부와 냉각 정지 온도의 차가 30℃ 이하가 되도록 냉각하고, 권취 온도 600℃로 권취하고, 산 세정 후, 압축률 40% 이상으로 냉간 압연하거나, 또는 소둔 온도 600℃ 이상 A_C1 변태점 이하에서 소둔 후에 압축률 40% 이상으로 냉간 압연함으로써, 강판의 판면 경도(surface hardness of steel sheet) Hv가 170∼300이며, 강판의 길이 방향 및 폭 방향의 각 위치에서의 판면 경도 차의 최대치 ΔHv가 20 이하인 얇은 강판을 제조하는 기술이 제안되고 있다. 특허문헌 1에서 제안된 기술에 따르면, 강판의 길이 방향 및 폭 방향의 위치에 의한 잔류 응력의 차이가 억제되어, 타발 후의 평탄도(flatness)가 우수한 냉간 압연의 얇은 강판이 얻어진다고 하고 있다.

특허문헌 2에서는 질량%로 C:0.05∼0.10% 미만, Si:0.5% 이하, Mn:0.20∼2.0%, P:0.03% 이하, S:0.020% 이하, Cr:0.05∼0.5%를 포함하고, 잔부가 Fe및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 소재를, 마무리 압연의 마무리 압연 종료 온도를 Ar₃ 변태점 이상으로 하여 열간 압연하고, 마무리 압연 종료 후 8s 이내에 500∼650℃까지 냉각하고, 500∼650℃에서 권취 처리를 하고, 초석(初析)페라이트(pro-eutectoid ferrite)와, 펄라이트(pearlite)와, 베이니틱 페라이트(bainitic ferrite) 또는 베이나이트(bainite)로 이루어지는 기지(matrix)를 가지며, 그 기지(matrix) 중에 존재하는 세멘타이트(cementite)가 평균 1.0×10⁴개/㎟ 이상 분산된 조직을 가지는 인장 강도:440㎫ 이상의 열연 강판으로 한 후, 그 열연 강판에 압축률:30∼70%의 냉간 압연을 실시하는 것에 의해 냉연 강판을 제조하는 기술이 제안되고 있다. 그리고, 특허문헌 2에서 제안된 기술에 따르면, 타발 가공 후의 평탄도가 우수하고 또한 단면 성상이 우수한 냉연 강판을 얻는 것으로 알려졌다.

특허문헌 3에는 C:0.15∼0.25질량%, Si:0.25질량% 이하, Mn:0.3∼0.9질량%, P:0.03질량% 이하, S:0.015질량% 이하, Al:0.01∼0.08질량%, N:0.008질량% 이하, Ti:0.01∼0.05질량%, B:0.002∼0.005질량%를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe의 조성을 가진 슬래브(slab)를 열연 마무리 온도:Ar₃ 변태점 이상, 권취 온도:500∼600℃에서 열간 압연하고, 열연 강판을 산 세정 처리한 후, 소둔 처리하지 않고, 압하율 50% 이상으로 냉간 압연하고, 또한 지름 300㎜ 이상의 롤을 사용하여, 압하율 1% 이하의 가벼운 압하 압연을 실시하는 것에 의해, 냉연 강판을 제조하는 기술이 제안되고 있다. 특허문헌 3에서 제안된 기술에 따르면, 냉연시에 생성된 잔류 응력을 저감한 AT플레이트용 냉연 강판(cold rolled steel sheet for automatic transmission)이 얻어진다고 하고 있다.

특허문헌 1:일본 특개 2006-307281호 공보 특허문헌 2:일본 특개 2008-138237호 공보 특허문헌 3:일본 특개 2005-200712호 공보

그러나 특허문헌 1에서 제안된 기술에서는, 열연 종료 후에 급속 냉각하고, 600℃ 이하로 낮은 온도에서 권취하므로, 열연 강판의 단계에서 내부의 잔류 응력이 커져서, 결과적으로 냉간 압연 후의 얇은 강판도 큰 잔류 응력이 축적된 상태가 된다. 이와 같이, 큰 잔류 응력이 축적된 냉간 압연된 상태의 얇은 강판을 타발 성형하면, 타발 성형된 대로의 상태에서는 양호한 평탄도를 갖지만, 타발 성형에 이은 마찰재 접착 공정에서의 가열로 잔류 응력이 풀려, 평탄도가 열화하는 열 변형의 문제가 있었다.

특허문헌 2에서 제안된 기술에서는, 페라이트에 비하여 경질인 펄라이트나 베이나이트를 다량 함유하는 열연 강판에 냉간 압연을 하므로, 냉간 압연 시에 페라이트와 펄라이트 및 베이나이트의 상계면(phase boundary) 근방에서 불균일한 변형이 발생하여, 강판 내부의 잔류 응력이 커진다. 따라서, 이렇게 얻어진 냉연 강판을 타발 성형하면, 타발 성형한 대로의 상태에서는 양호한 평탄 형상 및 타발 단면 성상(appearances of punched surface)을 얻을 수 있지만, 특허문헌 1에서 제안된 기술과 마찬가지로, 열 변형(heat strain)이 발생한다는 문제가 있었다.

특허문헌 3에서 제안된 기술에서는, C함유량이 0.15∼0.25질량%로 높고, 열간 압연 공정의 권취 온도가 500∼600℃로 낮기 때문에, 열연 강판에 펄라이트나 베이나이트가 다량 생성한다. 그러므로, 특허문헌 2에서 제안된 기술과 마찬가지로, 냉간 압연시에 강판 내부의 잔류 응력이 커지게 되는 결과, 타발 성형한 대로의 상태에서는 평탄한 형상이 얻어지더라도, 타발 성형 후의 가열에 의해 열 변형이 발생한다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상기의 문제를 해결하고, 플레이트나 디스크 등의 구동계 부품용으로서 필요한 경도, 타발 후의 평탄도 및 타발 단면 성상 및 내열 변형 특성을 겸비한 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 여기에서, 내열 변형 특성이란, 마찰재의 접착 공정이나, 실제 사용 환경에서 100∼400℃ 정도의 온도 영역으로 가열될 때에, 얇은 강판의 변형이 적고, 충분한 평탄도를 얻을 수 있는 특성을 의미한다.

상기 과제를 해결하고자, 본 발명자들은 냉연 강판의 내열 변형 특성, 타발 후의 평탄도 및 타발 단면 성상에 영향을 미치는 각종 요인에 대해서 예의 연구를 거듭했다.

그 결과, 내열 변형 특성 향상에는, 냉간 압연 후의 잔류 응력의 저감이 유효하다는 것을 찾아냈다. 냉간 압연 후의 잔류 응력을 저감하기 위해서는, 냉간 압연에서의 압하율(rolling reduction)을 소정값 이하로 하는 것, 및 강 소재의 C량을 소정값 이하로 저감하는 동시에, 열간 압연 공정의 권취 온도를 규정함으로써, 냉간 압연 전의 열연판을 페라이트 주상(主相)으로 하고, 그 열연판의 펄라이트상이나, 베이나이트상의 체적 분율을 떨어뜨리고, 또한 냉간 압연 후의 강판의 펄라이트나 베이나이트상의 평균 입경 및 평균 가로 세로비(average aspect ratio)를 제어하는 것이 중요하다는 것을 찾아냈다.

냉간 압연 전의 열연판이 주상인 페라이트와 함께, 경질상인 펄라이트상이나 베이나이트상(이하, 펄라이트상, 베이나이트상의 어느 1종 이상을 「경질상」이라 한다)을 포함하는 경우, 냉간 압연시에 페라이트상-경질상 계면의 근방에서 불균일한 변형이 발생하고, 잔류 응력이 축적하기 쉽게 된다. 그러므로, 냉간 압연 전의 열연판을 페라이트 주상으로 하고, 또한 그 열연판에 포함되는 경질상의 체적 분율을 떨어뜨림으로써, 냉간 압연시에 페라이트/펄라이트 계면 근방, 또는 페라이트/베이나이트의 계면 근방에서의 불균일한 변형에 따른 잔류 응력이 저감하여, 냉연 강판의 내열 변형 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 냉연 강판을 사용하여 플레이트 등의 구동계 부품을 제조하면, 소정 형상으로 타발 성형된 후는 물론이고, 마찰재와의 접착 공정이나, 실제 사용 환경에서 고온에 노출돼도 열 변형에 따른 평탄도 저하의 문제를 해소될 수 있다.

본 발명자들은, 냉간 압연 전의 열연판을 페라이트 주상으로 하고, 그 열연판의 경질상의 체적 분율을 떨어뜨리고, 또한, 경질상의 평균 입경 및 평균 가로 세로비를 제어하는 것이, 냉연 강판의 타발 후의 평탄도 및 타발 단면 성상을 개선하는 데 매우 효율적인 것을 찾아냈다.

냉간 압연 전의 열연판에서 경질상의 생성을 극력 회피함으로써, 냉간 압연 후의 강판 내에서의 균일한 특성을 얻을 수 있으므로, 타발 후에 양호한 평탄도를 얻을 수 있다. 또한, 냉간 압연 전의 열연판에서 경질상의 생성을 극력 회피함으로써, 타발 성형시에 크랙이 발생하기 쉬운 이상 계면(페라이트상과 경질 상과의 계면)이 감소하기 때문에, 타발 단면 성상이 향상된다.

냉간 압연에 있어서는, 경질상이 압연 방향으로 연장되지만 주상인 페라이트와 경질상과의 경도 차가 크기 때문에, 경질상이 압연 방향으로 연장할 수록(즉, 경질상의 가로 세로비가 커질수록) 페라이트상과 경질상과의 계면에 축적되는 왜곡이 크게 되어, 잔류 응력이 축적되고, 냉연 강판의 내열 변형 특성이 저하한다. 그러므로, 이들의 특성을 향상시키려면, 펄라이트, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상으로 이루어지는 경질상의 평균 가로 세로비를 소정값 이하로 할 필요가 있다. 또한, 경질상의 평균 입경을 소정값 이하로 제어함으로써, 이상 계면(boundary between different phases)으로부터 크랙(crack)이 발생한다고 해도, 크랙이 크게 전파되는 것을 막아, 결함 없는 타발 단면을 얻을 수 있다.

상기와 같이, 냉간 압연 전의 열연판을 페라이트 주상으로 하고, 또한, 그 열연판의 경질상의 체적 분율을 저하시키기 위해서는, 강 소재의 C 량을 소정값 이하로 저감하는 것과 더불어, 열간 압연 공정의 권취 온도를 600℃ 초과 750℃ 이하로 고온으로 할 필요가 있다. 냉간 압연 후의 강판의 경질상의 평균 입경 및 평균 가로 세로비를 제어하려면, 열연판의 압연 조건을 최적화하는 것에 더하여, 냉간 압연의 압하율을 제한할 필요가 있다.

본 발명은 이상의 지식에 의해 완성된 것으로, 본 발명의 요지는 아래와 같다.

[1] 질량%로, C:0.01% 이상 0.08% 이하, Si:0.01% 이상 1.0% 이하, Mn:0.05% 이상 1.0% 이하, P:0.03% 이하, S:0.015% 이하, Al:0.005% 이상 0.10% 이하, N:0.01% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트상의 면적률이 80% 이상이며, 펄라이트상, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상으로 이루어지는 경질상의 면적률이 합계 20% 이하이며, 상기 경질상의 평균 입경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 또한 상기 경질상의 평균 가로 세로비가 10.0 이하인 조직을 가지며, 비커스 경도(Vickers hardness)가 Hv 170 이상인, 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판.

[2] 상기 [1]에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Cu:0.01% 이상 0.20% 이하, Ni:0.01% 이상 0.50% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판.

[3] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Ti:0.005% 이상 0.10% 이하, Nb:0.005% 이상 0.10% 이하, V:0.005% 이상 0.50% 이하, Zr:0.005% 이상 0.10% 이하, Mo:0.02% 이상 0.50% 이하, Cr:0.03% 이상 0.50% 이하, B:0.0003% 이상 0.0050% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판.

[4] 상기 [1] 내지 [3] 중의 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Ca:0.0003% 이상 0.0050% 이하, REM:0.0003% 이상 0.0100% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판.

[5] 상기 [1] 내지 [4] 중의 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Sb:0.001% 이상 0.030% 이하, Sn:0.001% 이상 0.030% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판.

[6] 질량%로, C:0.01% 이상 0.08% 이하, Si:0.01% 이상 1.0% 이하, Mn:0.05% 이상 1.0% 이하, P:0.03% 이하, S:0.015% 이하, Al:0.005% 이상 0.10% 이하, N:0.01% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 소재에, 마무리 압연 종료 온도를 800℃ 이상 950℃ 이하로 열간 압연을 하고, 열간 압연 종료 후 600℃ 초과 750℃ 이하의 권취 온도로 권취하고, 산 세정(pickling)으로 스케일(scale)을 제거한 후, 30% 이상 70% 이하의 압하율로 냉간 압연을 하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판의 제조 방법.

[7] 상기 [6]에 있어서, 상기 냉간 압연한 후, 조질 압연을 하는, 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판의 제조 방법.

[8] 상기 [6] 또는 [7]에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Cu:0.01% 이상 0.20% 이하, Ni:0.01% 이상 0.50% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판의 제조 방법.

[9] 상기 [6] 내지 [8] 중의 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Ti:0.005% 이상 0.10% 이하, Nb:0.005% 이상 0.10% 이하, V:0.005% 이상 0.50% 이하, Zr:0.005% 이상 0.10% 이하, Mo:0.02% 이상 0.50% 이하, Cr:0.03% 이상 0.50% 이하, B:0.0003% 이상 0.0050% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판의 제조 방법.

[10] 상기 [6] 내지 [9] 중의 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Ca:0.0003% 이상 0.0050% 이하, REM:0.0003% 이상 0.0100% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판의 제조 방법.

[11] 상기 [6] 내지 [10] 중의 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여, 질량%로 Sb:0.001% 이상 0.030% 이하, Sn:0.001% 이상 0.030% 이하의 어느 1종 이상을 함유하는 타발성 및 내열 변형 특성이 우수한 냉연 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 타발 후의 평탄도 및 타발 단면 성상이 양호한 것 외에, 내열 변형 특성에도 우수한 냉연 강판을 용이하게 제조할 수 있어, 산업상 현저한 효과를 가진다. 본 발명에 의한 냉연 강판은 자동차용 부품, 특히 플레이트나 디스크 등의 구동계 부품용 소재로서 매우 적합하다.

우선, 본 발명의 냉연 강판의 성분 조성의 한정 이유에 대해서 설명한다. 각 성분 원소 함유량의 단위인 %는 특별히 한정하지 않는 한 질량%를 의미한다.

C:0.01% 이상 0.08% 이하

C는 강판의 강화에 필요한 원소로, 플레이트나 디스크 등의 구동계 부품용 소재로서의 필요한 경도를 얻으려면, C 함유량을 0.01% 이상으로 할 필요가 있다. 한편 C 함유량이 0.08%를 넘으면 경도가 지나치게 높아지고, 또한 펄라이트 분율이 상승하여, 타발 후 평탄도가 열화함과 동시에, 타발 단면 성상이 열화한다. 따라서 C 함유량의 상한을 0.08%로 한다. 특히 타발 단면 성상의 관점에서는 C 함유량을 0.05% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.04% 이하이다.

Si:0.01% 이상 1.0% 이하

Si는 강의 탈산제(deoxidizer)로, 강의 청정도(cleanliness)를 향상시키는 효과가 있으므로, 함유량을 0.01% 이상으로 한다. Si는 고용 강화(solid solution hardening)에 의해 강판의 경도를 상승시키는 원소이기도 하므로, 소망하는 경도를 얻기 위해서 첨가할 수 있다. 다만, Si 함유량이 1.0%를 넘으면, 강판의 표면 성상(surface quality)이 열화되므로, Si 함유량의 상한을 1.0%로 한다. 특히 마찰을 발생시키는 부품에 사용되는 플레이트재에서는 양호한 표면 성상이 요구되므로, 0.6% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Mn:0.05% 이상 1.0% 이하

Mn은 고용 강화에 의해 강판의 경도를 상승시키는 원소로, 소망하는 경도를 얻기 위해서는 Mn 함유량을 0.05% 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.1% 이상이다. Mn 함유량이 1.0%를 넘으면 펄라이트나 베이나이트 등이 과잉 생성되는 것에 더하여, 편석(segregation)에 의한 펄라이트 등이 층상으로 생성하여, 타발 단면 성상이 열화한다. 따라서, Mn 함유량은 1.0% 이하로 한다. 바람직하게는 0.5% 이하이다.

P:0.03% 이하

P는 강 중에서 편석되기 용이한 원소로, 다량 함유하면 P의 편석에 의한 층상 조직의 형성이 촉진되어, 타발 단면 성상이 열화한다. 따라서, P 함량은 0.03% 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.02% 이하이다.

S:0.015% 이하

S는 MnS 등의 황화물계 개재물을 형성하여, 타발 단면 성상을 열화시킨다. 따라서, S 함유량은 0.015% 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.010% 이하이다.

Al:0.005% 이상 0.10% 이하

Al은 탈산 원소로 첨가하는 것에 의해, 강판의 청정도를 향상시킬 수 있으므로, 그 함유량을 0.005% 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.03% 이상이다. 한편, Al 함유량이 0.10%를 넘으면 산화물이 과잉 생성되어 표면 성상이 열화되어, 마찰재와의 접착성이 열화된다. 따라서, Al 함유량은 0.10% 이하로 한다. 바람직하게는 0.08% 이하이다.

N:0.01% 이하

N은 본 발명에 있어서 유해한 원소이며, 그 함유량이 과잉되면 강판의 연성이 저하하여, 타발 단면 성상이 열화한다. 따라서 N 함유량은 0.01% 이하로 한다. 바람직하게는 0.006% 이하이다.

이상이 본 발명의 냉연 강판의 기본 성분이지만, 본 발명의 냉연 강판은 이들의 기본 성분에 더하여, 필요에 따라 아래의 원소를 함유할 수 있다.

Cu:0.01% 이상 0.20% 이하, Ni:0.01% 이상 0.50% 이하의 어느 1종 이상

Cu 및 Ni은 고용 강화에 의해, 강판의 경도 상승에 기여하는 원소이므로, 강판에 소망하는 경도를 부여하기 위하여 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻으려면, Cu 함유량을 0.01% 이상, Ni 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cu 함유량은 0.02% 이상, Ni 함유량은 0.02% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, 이들 원소의 함유량이 지나치게 되면, 표면 성상이 열화하여 마찰재와의 접착성이 열화한다. 따라서, Cu 함유량은 0.20% 이하, Ni 함유량은 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu 함유량은 0.10% 이하, Ni 함유량은 0.30% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

Ti:0.005% 이상 0.10% 이하, Nb:0.005% 이상 0.10% 이하, V:0.005% 이상 0.50% 이하, Zr:0.005% 이상 0.10% 이하, Mo:0.02% 이상 0.50% 이하, Cr:0.03% 이상 0.50% 이하, B:0.0003% 이상 0.0050% 이하의 어느 1종 이상

Ti, Nb, V, Zr, Mo, Cr, B는 강판의 경도 상승에 기여하는 원소이므로, 강판에 소망하는 경도를 부여하기 위하여 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 이들 원소의 함유량이 지나치게 되면, 잔류 응력이 커져, 타발 후의 평탄도나, 열 변형이 발생한다. 따라서, Ti 함유량은 0.005% 이상 0.10% 이하, Nb 함유량은 0.005% 이상 0.10% 이하, V 함유량은 0.005% 이상 0.50% 이하, Zr 함량은 0.005% 이상 0.10% 이하, Mo 함유량은 0.02% 이상 0.50% 이하, Cr 함량은 0.03% 이상 0.50% 이하, B 함유량은 0.0003% 이상 0.0050% 이하로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은 0.008% 이상 0.03% 이하, Nb 함유량은 0.008% 이상 0.05% 이하, V 함유량은 0.01% 이상 0.20% 이하, Zr 함유량은 0.01% 이상 0.03% 이하, Mo 함유량은 0.05% 이상 0.20% 이하, Cr함유량은 0.05% 이상 0.20% 이하, B 함유량은 0.0005% 이상 0.0030% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

Ca:0.0003% 이상 0.0050% 이하, REM:0.0003% 이상 0.0100% 이하의 어느 1종 이상

Ca, REM은 모두 황화물의 형태를 구상(球狀)으로 제어하여, 강판의 타발 단면 성상을 향상시키는 작용을 갖는 원소이므로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻으려면, Ca 함유량을 0.0003% 이상, REM 함유량을 0.0003% 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ca 함유량을 0.0008% 이상, REM 함유량을 0.0008% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, 이들 원소의 함유량이 지나치게 되면, 개재물이 증대하여, 강판의 타발 단면 성상을 열화시키므로, Ca 함유량을 0.0050% 이하, REM 함유량을 0.0100% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ca 함유량을 0.0030% 이하, REM 함유량을 0.0050% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

Sb:0.001% 이상 0.030% 이하, Sn:0.001% 이상 0.030% 이하의 어느 1종 이상

Sb 및 Sn은 강판의 표면 성상을 향상시키는 원소이므로, 마찰재와의 접착성을 향상시키는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻으려면, Sb 함유량을 0.001% 이상, Sn 함유량을 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 이들 원소의 함유량이 지나치게 되면, 표면 편석(surface segregation)이 현저하게 되어, 강판의 표면 성상이 열화하여, 마찰재와의 접착성이 저하하므로, Sb 함유량을 0.030% 이하, Sn 함유량을 0.030% 이하로 하는 것이 바람직하다. Sb 함유량을 0.005% 이상 0.020% 이하, Sn 함유량을 0.005% 이상 0.015% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기한 성분 외의 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이다. 불가피한 불순물로는 O, Mg, Co, Zn, Ta, W, Pb, Bi 등을 예시할 수 있으며, 이들 원소의 함유량은 각각 0.01% 이하면 허용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 냉연 강판의 조직에 대해서 설명한다.

본 발명의 냉연 강판은 페라이트상의 면적률이 80% 이상이며, 펄라이트상, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상으로 이루어지는 경질상의 면적률이 합계 20% 이하이며, 상기 경질상의 평균 입경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하, 또한 상기 경질상의 평균 가로 세로비가 10.0 이하인 조직을 가진다.

본 발명은, 냉간 압연시의 강판 내의 변형을 균일하게 함으로써, 냉연 강판의 잔류 응력을 저감시킨다. 이런 관점에서, 본 발명의 냉연 강판은 주상(主相)을 연질의 페라이트상으로 하고, 경질의 펄라이트상 및 베이나이트상을 억제할 필요가 있다. 펄라이트상, 베이나이트상 중 어느 1종 이상으로 이루어지는 경질상을 합계 면적률이 20%를 넘어 다량 함유하는 경우에는, 냉간 압연 후의 잔류 응력이 증대하여, 타발 후의 강판 형상이 열화하거나, 타발시에 페라이트상과 경질상의 계면에 크랙이 발생하여, 강판의 타발 단면 성상이 열화한다. 또한, 잔류 응력의 증대에 따른 내열 변형 특성이 열화하므로, 이러한 냉연 강판을 타발 성형 후, 고온 환경하에 노출하면 열 변형이 발생한다.

이상의 이유에 의하여, 본 발명은 페라이트상의 면적률을 80% 이상으로 하고, 펄라이트상, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상으로 이루어지는 경질상의 면적률을 합계 20% 이하로 할 필요가 있다. 페라이트상의 면적률은 85% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 90% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, 상기 경질상의 면적률은 합계 15% 이하로 하는 것이 바람직하며, 10% 이하로 하는 것이 더 바람직하다.

다만, 상기 경질상의 면적률이 극단적으로 적어지면, 소망하는 강판경도를 얻지 못하기 때문에, 상기 경질상의 면적률은 합계 2% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 냉연 강판 조직으로서는 페라이트상, 펄라이트상, 베이나이트상 외에, 세멘타이트를 포함해도 된다. 세멘타이트의 면적률은 1% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 냉연 강판은 펄라이트상, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상으로 이루어지는 경질상의 평균 입경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 또한 상기 경질상의 평균 가로 세로비가 10.0 이하인 조직을 가진다. 그리고, 경질상의 평균 입경과 평균 가로 세로비를 구하는 방식은 후술하는 실시예에 기재했다.

경질상의 평균 입경이 10㎛을 넘으면, 경질상과 페라이트상과의 계면에 발생한 크랙이 크게 전파되어, 강판의 타발 단면에 갈라짐이 발생하여, 단면 성상이 저하된다. 이 때문에, 경질상의 평균 입경은 10㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 7㎛ 이하이다. 경질상의 평균 입경은 작을수록 강판의 타발성의 관점에서는 바람직하다. 그러나, 경질상의 평균 입경을 작게 하기 위해서는, 강판 제조시에 열간 압연의 마무리 압연 종료 온도 및 귄취 온도를 낮춰야 한다. 한편, 본 발명의 페라이트상을 주상으로 하는 조직을 얻기 위해서는 후술하는 것처럼 열간 압연의 다듬질 압연 종료 온도와 권취 온도를 소정 온도 이상으로 할 필요가 있고, 이러한 열간 압연 조건의 범위에서는 경질상의 결정 입자 미세화에 한계가 있다. 그러므로 경질상의 평균 입경은 1㎛ 이상으로 한다.

또한, 경질상의 평균 가로 세로비가 10.0을 넘으면, 경질상과 주상인 페라이트상과의 계면의 왜곡이 증대하여, 잔류 응력이 커지기 때문에, 냉연 강판의 내열 변형 특성이 저하한다. 따라서, 경질상의 평균 가로 세로비는 10.0 이하로 한다. 바람직하게는 8.0 이하이다.

본 발명의 냉연 강판의 경도는, Hv(비커스 경도)로 170 이상으로 한다. 강판의 경도가 Hv 170 미만에서는 강도가 충분하지 않고, 자동차용 구동계 부품인 플레이트나 디스크, 링으로서의 사용에 견딜 수 없다. 이 때문에, 냉연 강판의 경도는 Hv 170 이상으로 한다. 바람직하게는 Hv 190 이상이다. 한편, 본 발명의 냉연 강판의 경도는 주로 냉간 압연의 가공 경화에 따른 것이어서, 경도가 지나치게 높으면(즉, 냉간 압연의 압하율이 지나치게 높으면), 강판의 잔류 응력이 증대하여, 내열 변형 특성이 열화한다. 이 때문에, 냉연 강판의 경도는 Hv 250 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 냉연 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 냉연 강판은 상기 화학 조성을 갖는 강 소재에 열간 압연을 하여, 페라이트상을 주상으로 하는 열연판으로 하고, 이 열연판을 산 세정으로 스케일을 제거한 후, 소정의 압하율로 냉간 압연함으로써 얻어진다.

강 소재의 제조 방법은 특별히 한정할 필요는 없다. 예를 들어 상기한 조성을 갖는 용강을 전로와 전기로에서 용제하고, 바람직하게는 진공 탈 가스로(vacuum degassing furnace)에서 이차 정련(secondary smelting)을 하고, 연속 주조 등의 제조 방법으로 슬라브 등의 강 소재로 하는 상용하는 방법 등, 모두 적용 가능하다.

강 소재는 이어서 조 압연(rough rolling)과 마무리 압연(finish rolling)으로 이루어지는 열간 압연으로, 열연판이 된다. 열간 압연을 할 때에는 강 소재를 주조 후 즉시, 또는 주조 후에 보조 열을 목적으로 한 가열을 한 후에, 열간 압연을 하는 직송 압연(direct rolling)을 해도 된다. 열간 압연 전에 강 소재를 가열하는 경우, 그 가열 온도는 특별히 제한할 필요는 없지만, 1000℃ 이상 1300℃ 이하의 범위의 온도로 하는 것이 바람직하다. 상기 가열 온도가 1000℃ 미만에서는 변형 저항이 높아져서, 양호한 형상이 얻을 수 없는 경우가 있다. 한편, 1300℃을 넘어 고온이 되면 스케일의 성장이 촉진되어, 강판의 표면 성상이 저하할 우려가 있다. 한편, 조 압연의 조건은 특별히 한정되지 않는다.

마무리 압연 종료 온도:800℃ 이상 950℃ 이하

마무리 압연 종료 온도가 950℃을 넘으면, 열연판의 조직이 조대화한다. 그 결과, 냉간 압연 후의 강판의 경질상의 평균 입경이 커지므로, 타발 단면 성상이 열화한다. 한편, 마무리 압연 종료 온도가 800℃ 미만에서는, 열연판의 조직이 극단적으로 연장한 결정 입자로 구성된 조직으로 되어, 경질상의 가로 세로비도 커진다. 이와 같이, 열연판의 단계에서 압연 방향으로 연장한 경질상을 포함하는 강판을 더욱 냉간 압연하면, 경질상과 주상인 페라이트상과의 경도 차가 크기 때문에, 압연 방향으로 조직이 연장할 때 경질상과 주상인 페라이트상과의 계면에 큰 잔류 응력이 발생한다. 이 때문에, 냉간 압연 후의 강판에 축적되는 잔류 응력이 커지게 되어, 열 변형이 발생하기 쉽다. 따라서 마무리 압연 종료 온도는 800℃ 이상 950℃ 이하로 한다. 바람직하게는 850℃ 이상 920℃ 이하이다.

권취 온도:600℃ 초과 750℃ 이하

권취 온도가 600℃ 이하에서는, 펄라이트상과 베이나이트 상이 과잉 생성하여, 목적으로 하는 페라이트상 주체의 강판 조직을 얻을 수 없다. 한편, 권취 온도가 750℃을 넘으면, 펄라이트상이나 세멘타이트 입자가 조대화하여 강판의 타발 단면 성상이 열화하거나, 강판의 표면 성상이 열화한다. 따라서, 권취 온도를 600℃ 초과 750℃ 이하로 한다. 바람직하게는 620℃ 이상 700℃ 이하이다.

마무리 압연 종료 후, 권취 온도까지 냉각할 때의 냉각 속도에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 열연판 및 최종적으로 얻어지는 냉연 강판을 소망하는 조직으로 만들기 위해서는, 마무리 압연 종료 온도에서 권취 온도까지의 온도 영역의 평균 냉각 속도를 10℃/s 이상 120℃/s 미만으로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 15℃/s 이상 50℃/s 이하이다.

이상과 같이 해서 얻어진 열연판은 산 세정으로 스케일을 제거한 후, 냉간 압연을 하여 냉연 강판이 된다.

냉간 압연의 압하율:30% 이상 70% 이하

냉간 압연에 의해 플레이트 등의 구동계 부품용 소재로서 필요한 강판의 경도로 하기 위해서는, 압하율을 30% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 압하율이 70%를 넘으면 잔류 응력이 커지게 되어, 펄라이트 및/또는 베이나이트상으로 이루어지는 경질상의 평균 가로 세로비가 소정값을 넘어, 열 변형이 발생하기 쉽다. 따라서, 냉간 압연의 압하율을 30% 이상 70% 이하로 한다. 바람직하게는 40% 이상 60% 이하이다.

본 발명은 강판 형상의 교정과 잔류 응력의 조정의 관점에서, 냉간 압연 후 조질 압연(temper rolling)을 하거나, 레벨러(leveler) 가공을 해도 된다. 잔류 응력을 조정하는 관점에서는, 조질 압연을 하는 경우, 신장률을 0.3% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.4% 이상이다. 다만, 조질 압연 후의 강판 평탄도의 관점에서는, 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

실시예

표 1에 나타내는 화학 성분의 강을 전로에서 용제하고, 연속주조법에 의해 슬래브(강 소재)로 했다. 이어서, 이들 강 소재에 대해서 표 2에 나타내는 조건으로 열간 압연, 냉각, 권취를 하여 열연판으로 했다. 이어서 산 세정으로 스케일을 제거한 후, 표 2에 나타내는 압하율로 냉간 압연을 하여, 냉연 강판으로 했다. 일부의 냉연 강판에 대해서는 레벨러 또는 조질 압연으로 형상 교정을 했다.

얻어진 냉연 강판에서, 시편을 채취하고, 아래 나타내는 방법으로 조직 관찰을 하여, 페라이트상, 펄라이트상, 베이나이트상의 면적률, 경질상(펄라이트상 및/또는 베이나이트상)의 평균 입경 및 평균 가로 세로비를 구했다. 또한, 얻어진 냉연 강판에서, 시편을 채취하여, 아래 나타내는 방법으로 경도, 타발 후 평탄도, 타발 단면 성상, 내열 변형 특성을 평가했다.

조직 관찰

압연 방향에 평행한 판 두께 단면의 시료를 채취하고, 판 두께 단면에 대해서 3% 나이탈 용액(nital)에서 조직을 드러내어, 판 두께 1/4 위치에서 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)(SEM)을 이용하여 500배로 3 시야 촬영하여, 화상 처리에 의해 각 상의 면적률, 펄라이트, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상으로 이루어진 경질상의 입경과, 가로 세로비를 정량화했다. 입경은 결정 입자의 장축 길이 a와 단축 길이 b를 곱한 값의 제곱 근(√(a×b))으로 한다. 가로 세로비는 결정 입자의 장축 길이 a를 단축 길이 b로 나눈 값(a/b)으로 한다. 경질상의 평균 입경 및 평균 가로 세로비는 화상 처리에 있어서 펄라이트상 또는 베이나이트상 중의 어느 것으로 인식된 모든 결정 입자의 입경, 가로 세로비의 산술 평균이다.

경도

압연 방향에 평행한 판 두께 단면의 시료를 채취하고, 수지에 매립하고, 판 두께 단면을 연마한 후, 판 두께 1/4의 위치에서, JIS Z 2244의 규정에 따라 비커스 경도계를 사용하여, 하중 500gf로 5점 측정하여, 그 평균치를 경도로 했다.

타발 후 평탄도

얻어진 냉연 강판에서, 외경 100㎜, 내경 80mm의 링 형상의 플레이트를 타발하고, 레이저 측정기(laser displacement meter)의 측정 테이블 위에 플레이트를 놓고, 레이저 측정기에 의해 테이블에서 플레이트의 원환부 상면까지의 높이를 원환부 전체에 대해서 측정하여, 그 최소치와 최대치의 차이를 산출했다. 최소치와 최대치의 차이가 0.2mm 이하인 경우를 평탄도:양호(○)로 했다. 한편, 최소치와 최대치의 차이가 0.2㎜ 이상인 경우를 평탄도:불량(×)으로 했다.

타발 단면 성상

얻어진 냉연 강판에서, 외경 100㎜, 내경 80mm의 링 형상의 플레이트를 타발하고, 타발 단면을 관찰하여, 갈라짐이나 2차 전단면(secondary shear surface)이 없는 것을 타발 단면 성상:양호(○)로 했다. 한편, 갈라짐과 2차 전단면이 관찰된 것을 타발 단면 성상:불량(×)으로 했다.

내열 변형 특성

얻어진 냉연 강판에서, 외경 100㎜, 내경 80mm의 링 형상의 플레이트를 타발하고, 플레이트를 300℃에서 1hr유지 후, 실온까지 공냉하는 열 처리를 했다. 열 처리 후, 상기 「타발 후 평탄도 측정」과 마찬가지로, 레이저 측정기로 플레이트의 형상을 측정하여, 플레이트 원환부 높이의 최소치와 최대치의 차이를 산출했다.

최소치와 최대치의 차이가 0.2㎜ 이하인 경우를 내열 변형 특성:양호(○)로 했다. 한편, 최소치와 최대치의 차이가 0.2㎜ 이상인 경우를 내열 변형 특성:불량(×)으로 했다.

이들 결과를 표 3에 나타낸다.

발명예의 냉연 강판은 모두 비커스 경도가 Hv 170 이상인 충분한 경도를 가지고 있으며, 타발 가공 후의 평탄도, 타발 단면 성상이 우수하고, 또한 내열 변형 특성이 우수하다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예의 냉연 강판은 어느 것인가의 특성이 떨어진다.

본 출원은 2013년 4월 2일, 일본에 출원된 특허 출원 2013-076860호에 따른 우선권을 주장하는 것으로, 그 내용의 모두 여기에 포함한다.

Claims (11)

1. 질량%로,
   C:0.01% 이상 0.08% 이하, Si:0.01% 이상 1.0% 이하,
   Mn:0.05% 이상 1.0% 이하, P:0.03% 이하,
   S:0.015% 이하, Al:0.005% 이상 0.10% 이하,
   N:0.01% 이하
   를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트상의 면적률이 80% 이상이며, 펄라이트상, 베이나이트상 중의 어느 1종 이상으로 이루어진 경질상의 면적률이 합계 20% 이하이며, 상기 경질상의 평균 입경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 상기 경질상의 평균 가로 세로비가 10.0 이하인 조직을 가지며, 비커스 경도가 Hv 170 이상인 냉연 강판.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조성에 더하여, 아래 (1) ~ (4)의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 냉연 강판;
   (1) 질량%로, Cu:0.01% 이상 0.20% 이하, Ni:0.01% 이상 0.50% 이하의 어느 1종 이상
   (2) 질량%로, Ti:0.005% 이상 0.10% 이하, Nb:0.005% 이상 0.10% 이하, V:0.005% 이상 0.50% 이하, Zr:0.005% 이상 0.10% 이하, Mo:0.02% 이상 0.50% 이하, Cr:0.03% 이상 0.50% 이하, B:0.0003% 이상 0.0050% 이하의 어느 1종 이상,
   (3) 질량%로, Ca:0.0003% 이상 0.0050% 이하, REM:0.0003% 이상 0.0100% 이하의 어느 1종 이상,
   (4) 질량%로, Sb:0.001% 이상 0.030% 이하, Sn:0.001% 이상 0.030% 이하의 어느 1종 이상.
3. 질량%로,
   C:0.01% 이상 0.08% 이하, Si:0.01% 이상 1.0% 이하,
   Mn:0.05% 이상 1.0% 이하, P:0.03% 이하,
   S:0.015% 이하, Al:0.005% 이상 0.10% 이하,
   N:0.01% 이하
   를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 소재에, 마무리 압연 종료 온도를 800℃ 이상 950℃ 이하로 열간 압연을 하고, 열간 압연 종료 후 600℃ 초과 750℃ 이하의 권취 온도로 권취하고, 산 세정으로 스케일을 제거한 후, 30% 이상 70% 이하의 압하율로 냉간 압연을 하는 냉연 강판의 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 냉간 압연 후, 조질 압연을 하는 냉연 강판의 제조 방법.
5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
   상기 조성에 더하여, 아래 (1) ~ (4)의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 냉연 강판의 제조 방법;
   (1) 질량%로, Cu:0.01% 이상 0.20% 이하, Ni:0.01% 이상 0.50% 이하의 어느 1종 이상,
   (2) 질량%로, Ti:0.005% 이상 0.10% 이하, Nb:0.005% 이상 0.10% 이하, V:0.005% 이상 0.50% 이하, Zr:0.005% 이상 0.10% 이하, Mo:0.02% 이상 0.50% 이하, Cr:0.03% 이상 0.50% 이하, B:0.0003% 이상 0.0050% 이하의 어느 1종 이상,
   (3) 질량%로, Ca:0.0003% 이상 0.0050% 이하, REM:0.0003% 이상 0.0100% 이하의 어느 1종 이상,
   (4) 질량%로, Sb:0.001% 이상 0.030% 이하, Sn:0.001% 이상 0.030% 이하의 어느 1종 이상.
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