KR101746802B1 - 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

연속형 셀프 브레이징용 냉연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판은 중량%로, C: 0.02 내지 0.08%, Mn: 0.03 내지 0.10%, Si: 0.10% 이하(0%를 제외함), Al: 0.005 내지 0.05%, P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.0026% 이하(0%를 제외함), B: 0.0003 내지 0.0032% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하고, 평균 결정립 입경이 8 내지 16㎛ 이다.
[식 1]
0.15 ≤ ([B]/10.81)/([Al]/26.98)
[식 2]
0.8 ≤ ([B]/10.81)/([N]/14.01) ≤ 1.6
(식 1 및 식 2에서 [B], [Al] 및 [N]은 각각 B, Al 및 N의 중량% 이다.)

Description

연속형 셀프 브레이징용 냉연강판 및 그 제조방법{Cold-rolled steel sheet for continuous-type self-brazing and manufacturing method of the same}
연속형 셀프 브레이징용 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
셀프 브레이징용 냉연강판은 도금용 소재로서 강판의 표면에 다른 금속이 도금되고 성형 후 맞닿은 도금면이 고온 열처리에 의해 접합되어 최종 제품이 된다. 이러한 강판의 요구 특성으로서 크게 상온에서의 가공성, 브레이징 온도에서의 형상 동결성, 냉각 후의 가공성과 강도 등이 있다. 해당 소재를 사용하는 제품의 예로서 냉연강판에 Cu를 도금하여 파이프의 형태로 2바퀴 감는 조관성형 후 셀프 브레이징을 거쳐 최종 제품이 되는 2중 권취 파이프가 있으며 Cu의 융점 이상에서 브레이징되기 때문에 상기 항목에 대한 강판의 특성의 이 더욱 엄격히 요구된다.
최근에는 브레이징 공정의 생산성을 높이기 위하여 배치형 브레이징보다 연속형 브레이징이 더욱 선호되고 있다. 배치형 브레이징은 소재를 성형 후 절단하여 여러 개를 모아 동시에 열처리하는 반면, 연속형 브레이징은 절단 공정이 없이 성형에 이어 연속적으로 열처리하는 공정이다. 이러한 공정의 차이로 인해 배치형 브레이징은 수십 초 정도의 열처리 시간이 필요한 반면 연속형 브레이징은 수 초 내에 열처리가 이루어져서 높은 생산성이 확보된다.
브레이징 공정이 배치형에서 연속형으로 변화함에 따라 소재의 측면에서 요구되는 특성도 변한다. 배치형 브레이징은 공정 특성상 고온에서 긴 시간 유지되어야 하기 때문에 고온 형상 동결성, 도금 용융층의 입계 침투 억제성 등의 고온에서의 소재 물성이 특히 중요한 반면, 연속형 브레이징은 열처리가 수 초 내에 이루어지기 때문에 고온에서의 소재 요구 물성이 덜 엄격하다. 이와 더불어 연속형 브레이징은 냉각속도가 빠르기 때문에 Ti, Nb, V 등의 고가의 석출물 형성원소 없이 C의 첨가만으로 냉각패턴 제어에 의해 결정립 조대화를 막는 것이 가능한 장점이 있다. 또한 C는 결정립계를 강화하여 도금 용융층의 입계 침투를 막는 데에도 효과적일 뿐만 아니라 최종 제품의 강도를 향상하는 데에도 도움이 되기 때문에 적극적인 첨가가 지향되고 있다. 하지만 C의 첨가는 재질을 쉽게 경화시켜 가공성을 떨어뜨리고 결함을 유발하기 때문에 가공성을 확보하기 위한 방법의 고안이 필수적이다.
종래에는 가공성을 확보하기 위해 저탄소강을 이용하여 5시간 이상의 상소둔을 통한 제조방법을 제안하였다. 하지만 상소둔은 특성상 오랜 시간이 걸리는 공정이기 때문에 생산효율을 크게 떨어뜨릴 뿐만 아니라 코일의 길이방향, 폭방향 재질이 불균일한 문제가 있다.
또한, 저탄소강에 Ti, B를 첨가하여 형성된 석출물로부터 결정립을 제어하는 방법을 제안하거나, 극저탄소강에 Ti, Nb, B를 첨가하여 석출물을 형성시킴으로써 고강도화하는 방법을 제안하였으나 대부분의 석출물 형성 원소는 대부분 고가이며 극저탄소강 소재의 경우 탄소 함량이 적어 도금 용융층이 입계로 침투하기 쉬운 문제가 있다.
또한, 소둔 분위기 제어를 통해 표면부에 AlN 석출물을 형성시키고 B 첨가를 통해 BN 석출물로부터 내동침수성을 확보하고 고온 결정립 성장을 억제 방법을 제안하였다. 하지만 소둔 분위기 제어를 위해 고비용의 공정 조건이 필요한 한계가 있다.
전술한 종래 기술들은 소재의 요구 특성을 확보하기 위해 고비용의 첨가원소를 필요로 하거나 까다로운 공정이 필요한 문제점이 있고, 연속형 브레이징 공정의 특성을 제대로 반영하지 않고 있어 연속형 브레이징 공정에 최적화된 소재의 개발이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 일정량의 C를 함유하고 연속소둔을 하면서도 우수한 가공성을 가지는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판은 중량%로, C: 0.02 내지 0.08%, Mn: 0.03 내지 0.10%, Si: 0.10% 이하(0%를 제외함), Al: 0.005 내지 0.05%, P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.0026% 이하(0%를 제외함), B: 0.0003 내지 0.0032% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하고, 평균 결정립 입경이 8 내지 16㎛ 이다.
[식 1]
0.15 ≤ ([B]/10.81)/([Al]/26.98)
[식 2]
0.8 ≤ ([B]/10.81)/([N]/14.01) ≤ 1.6
(식 1 및 식 2에서 [B], [Al] 및 [N]은 각각 B, Al 및 N의 중량% 이다.)
AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
{[BN]/(10.81+14.01)}/{[AlN]/(26.98+14.01)} ≥ 1
(식 3에서, [BN] 및 [AlN]은 각각 BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
강판 중에 고용된 상태로 존재하는 N, AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
([N]/14.01)/{[AlN]/(26.98+14.01)+[BN]/(26.98+14.01)} ≤ 0.1
(식 4에서, [N], [BN] 및 [AlN]은 각각 N의 고용량(중량%), BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.02 내지 0.08%, Mn: 0.03 내지 0.10%, Si: 0.10% 이하(0%를 제외함), Al: 0.005 내지 0.05%, P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.0026% 이하(0%를 제외함), B: 0.0003 내지 0.0032% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 슬라브를 1200℃ 이상에서 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 열연강판을 권취하는 단계; 권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 냉연강판을 600 내지 850℃에서 소둔하는 단계를 포함한다.
슬라브를 가열하는 단계에서, 슬라브를 1230 내지 1350℃로 가열할 수 있다.
열연강판을 제조하는 단계에서, 마무리 압연 온도는 875 내지 1050℃일 수 있다.
열연강판을 권취하는 단계에서, 권취 온도는 600 내지 750℃일 수 있다.
냉연강판을 제조하는 단계에서, 50 내지 95%의 압하율로 냉간압연할 수 있다.
소둔하는 단계는 600 내지 850℃에서 20 내지 600초 동안 연속소둔할 수 있다.
소둔하는 단계는 600 내지 800℃에서 5 내지 72시간 동안 상자소둔할 수 있다.
제조된 냉연강판은 AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
{[BN]/(10.81+14.01)}/{[AlN]/(26.98+14.01)} ≥ 1
(식 3에서, [BN] 및 [AlN]은 각각 BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
제조된 냉연강판 중에 고용된 상태로 존재하는 N, AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
([N]/14.01)/{[AlN]/(26.98+14.01)+[BN]/(26.98+14.01)} ≤ 0.1
(식 4에서, [N], [BN] 및 [AlN]은 각각 N의 고용량(중량%), BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
본 발명의 일 실시예에 의한 구리 도금 강판은 냉연강판으로 이루어진 소지강판 및 소지강판의 표면에 피복된 구리 도금층을 포함한다.
도금층의 냉연강판에 대한 입계 침투 깊이가 2.5㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, BN과 AlN 석출물 형성 제어를 통해 석출물에 의한 경화 효과를 최소화하여 0.02 내지 0.08 중량%의 탄소 함량을 가지면서 가공성이 우수하여 연속형 셀프 브레이징 공정에 적합한 냉연강판을 제공할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 도금, 가공, 셀프 브레이징의 공정을 거치는 소재로 사용되는 냉연강판에 관한 것으로서 해당 용도의 소재는 상온에서의 가공성, 셀프 브레이징 온도에서의 형상 동결성과 도금 용융층 내침투성, 셀프 브레이징 후의 가공성과 강도가 우수해야 한다.
본 발명은 배치형 셀프 브레이징에 비해 열처리 시간이 짧고 생산성이 우수한 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판에 관한 것이다. 연속형 셀프 브레이징을 이용할 경우 짧은 열처리 시간으로 인해 고온에서의 결정립 조대화 경향이 크지 않아 고가의 석출물 형성 원소 대신 C의 첨가만으로 소재의 고온 요구특성을 확보할 수 있다. 그리고 C 함량의 증가는 최종 제품으로서 우수한 강도를 가질 수 있을 뿐만 아니라 고온에서의 도금 용융층의 입계 침투 억제력이 더 우수한 장점을 지닌다.
하지만 C 함량의 증가는 상온에서의 경도가 증가하고 연신율이 감소하여 가공성이 감소하는 결과를 초래하기 때문에 이를 극복해야 한다. 가공성을 향상시키는 데 있어 효과적인 방법은 석출물 제어를 통해 미세조직을 제어하는 것이다. 석출물이 매우 미세할 경우에는 결정립 성장이 억제되어 미세한 조직이 형성되어 경도 및 강도가 상승한다. 따라서 석출물의 종류, 분포를 최적화할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 냉연강판의 조성 범위를 구체적으로 한정하고, 석출물을 제어하여 목적하는 미세조직을 얻음으로써 가공성이 우수한 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판은 중량%로, C: 0.02 내지 0.08%, Mn: 0.03 내지 0.10%, Si: 0.10% 이하(0%를 제외함), Al: 0.005 내지 0.05%, P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.0026% 이하(0%를 제외함), B: 0.0003 내지 0.0032% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
먼저 냉연강판의 성분 한정의 이유부터 설명한다.
탄소(C): 0.02 내지 0.08 중량%
C가 많을수록 강도가 우수하고 고온에서의 결정립 조대화와 도금 용융층의 입계 침투를 막는 데에 유리하다. 하지만 함량이 증가함에 따라 항복강도가 증가하고 연성이 감소하여 가공성이 나빠질 뿐만 아니라 셀프 브레이징 후 냉각시 탄화물의 과다 석출로 인해 제품의 연성 저하를 가져온다. 따라서 0.02 내지 0.08 중량%의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 0.03 내지 0.10 중량%
Mn은 강중 고용 S와 결합하여 MnS로 석출됨으로써 고용 S에 의한 적열취성(Hot shortness)을 방지하는 원소이다. 이러한 효과를 내기 위하여 0.03 중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 하지만 0.10 중량%를 초과하는 경우에는 재질이 경화되어 연성을 현저히 떨어뜨릴 수 있다.
규소(Si): 0.10 중량% 이하
Si은 탈탄제로 사용되는 원소이며 고용강화에 의한 강도의 향상에 기여한다. 하지만 0.10 중량%를 초과하는 경우 소둔시 표면에 Si계 산화물이 생성되어 도금시 결함을 유발한다. 따라서 상기 Si은 0.10 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.005 내지 0.05 중량%
Al은 탈산 효과가 매우 큰 원소이며 탈산 효과를 위해 0.005% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 하지만 Al은 N과 결합하여 미세한 AlN의 석출로 인해 결정립 성장이 억제되고 강이 경화되며, 더욱 과다하게 첨가될 경우에는 강 중에 고용된 상태로 존재하여 고용 강화에 의해 강의 가공성을 감소시킨다. 따라서 그 함량을 0.005 내지 0.05 중량%로 제한한다.
인(P): 0.01 중량% 이하
일정량 이하의 P의 첨가는 강의 연성을 크게 감소시키지 않으며 강도를 올릴 수 있는 원소이지만 0.01 중량%를 초과하여 첨가하면 결정립계에 편석하여 강을 경화시키기 때문에 0.01 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0.01 중량% 이하
S는 고용시 적열취성을 유발하는 원소이기 때문에 Mn의 첨가를 통해 MnS의 석출이 유도되어야 한다. 하지만 과다한 MnS의 석출은 강을 경화시키기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서 S의 상한을 0.01 중량%로 제한한다.
질소(N): 0.0026 중량% 이하
N은 여러 질화석출물을 형성하여 결정립 성장을 방해하여 연성을 감소시킨다. 또한 석출되지 못할 경우 전위에 고착되어 시효에 의한 가공성 저하를 유발한다. N은 강 중에 불가피한 원소로서 함유되는 경우가 많지만 상기한 효과를 최소화하기 위해 상한을 0.0026 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
붕소(B): 0.0003 내지 0.0032%
B는 N과 결합하여 AlN에 비해 조대한 BN 석출물을 형성하기 때문에 AlN 형성에 의한 가공성 저하를 완화시킬 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해 0.0003 중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하지만 다량 첨가될 경우 입계에 편석하여 결정립을 미세화하고 강도를 상승시키기 때문에 가공성 확보를 위해서 그 상한을 0.0032 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Al과 B의 중량비는 하기 식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
0.15 ≤ ([B]/10.81)/([Al]/26.98)
(식 1에서 [B] 및 [Al]은 각각 B 및 Al의 중량% 이다.)
Al과 B는 N과 결합하여 각각 AlN과 BN 석출물을 형성하는데, AlN에 비하여 BN은 조대하게 석출하는 경향이 있어 결정립의 성장에 유리하고 연성에 도움이 된다. 따라서 Al의 함량에 비례하여 B를 첨가하여 BN이 상대적으로 잘 형성될 수 있도록 하는 것이 중요하다. Al, B의 질화 반응성을 고려하였을 때 식 1을 만족할 경우 상술한 해당하는 효과를 잘 발휘할 수 있으며 더욱 바람직하게는 하기 식 1-1을 만족하면 그 효과를 더 잘 발휘할 수 있다.
[식 1-1]
0.3 ≤ ([B]/10.81)/([Al]/26.98)
B와 N의 중량비는 하기 식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
[식 2]
0.8 ≤ ([B]/10.81)/([N]/14.01) ≤ 1.6
(식 2에서 [B] 및 [N]은 각각 B 및 N의 중량% 이다.)
B는 N과 결합하여 BN으로 석출되어 고용 N 함량을 감소시킴으로써 시효를 감소시킨다. 또한 B와 결합하지 못한 N이 Al과 결합할 경우 BN에 비하여 미세한 AlN의 석출에 의한 경화가 유발된다. 따라서 식 2와 같이 N 함량에 비례하여 B를 첨가하는 것이 가공성 향상에 있어 바람직하다. 하지만 N 함량에 비해 B가 과도하게 많이 첨가될 경우 BN으로 석출되지 못한 B가 입계에 다량 편석하여 결정립 미세화에 의한 경화를 일으키기 때문에 식 2와 같이 비율을 제한하는 것이 바람직하다.
추가적으로, Ti, Nb 및 V 등의 석출물 형성 원소는 첨가되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 원소들은 강 중의 C, N과 친화력이 강하여 미세한 석출물을 형성함으로써 강을 경화시킨다. 배치형 브레이징의 경우 열처리 시간이 수십 초로 길기 때문에 탄소만으로 결정립이 조대화하는 것을 막는 데에 한계가 있어 Ti, Nb 및 V 등의 석출물 형성 원소를 첨가하지만 연속형 브레이징의 경우 C의 첨가만으로 결정립 조대화를 억제할 수 있어 Ti, Nb 및 V 등의 석출물 형성 원소는 불필요하며 첨가할 경우 가공성을 저해하기 때문에 첨가를 제한한다.
전술한 조성 이외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하며, 본 발명의 강재는 다른 조성의 첨가를 배제하는 것은 아니다. 상기 불가피한 불순물은 통상의 철강제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않게 혼입될 수 있는 것으로, 이를 배제할 수는 없다. 상기 불가피한 불순물은 통상의 철강제조 분야의 기술자라면 이해할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 냉연강판은 평균 결정립 입경이 8 내지 16㎛일 수 있다. 전술한 범위에서 가공성 향상이 되며, 도금 용융층의 입계 침투를 막는 데에 유리하다.
AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
{[BN]/(10.81+14.01)}/{[AlN]/(26.98+14.01)} ≥ 1
(식 3에서, [BN] 및 [AlN]은 각각 BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
강판 중에 고용된 상태로 존재하는 N, AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
([N]/14.01)/{[AlN]/(26.98+14.01)+[BN]/(26.98+14.01)} ≤ 0.1
(식 4에서, [N], [BN] 및 [AlN]은 각각 N의 고용량(중량%), BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
전술한 식 3 또는 식 4를 만족함으로써 가공성 향상이 되며, 도금 용융층의 입계 침투를 막는 데에 유리하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 냉연강판은 가공성이 우수하며, 구체적으로 경도(HR30T) 52 이하, 항복강도 320MPa 이하, 연신율 30% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.02 내지 0.08%, Mn: 0.03 내지 0.10%, Si: 0.10% 이하(0%를 제외함), Al: 0.005 내지 0.05%, P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.0026% 이하(0%를 제외함), B: 0.0003 내지 0.0032% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 슬라브를 1200℃ 이상에서 가열하는 단계; 가열된 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 열연강판을 권취하는 단계; 권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및 냉연강판을 600 내지 850℃에서 소둔하는 단계를 포함한다.
먼저 슬라브를 1200℃ 이상에서 가열한다. 각 조성의 첨가 비율을 한정한 이유는 전술한 냉연강판의 조성 한정 이유와 동일하다. 후술할 열간압연, 냉간압연, 등의 과정에서 슬라브의 조성은 실질적으로 변동되지 아니하므로, 슬라브의 조성과 냉연강판의 조성이 실질적으로 동일하다. 강중에 존재하는 석출물을 대부분 재고용시켜야 하기 때문에 1200℃ 이상의 온도가 필요하며 더욱 바람직하게는 석출물을 잘 고용시키기 위하여 1230 내지 1350℃로 가열한다.
다음으로, 가열된 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조한다. 열간압연 마무리 온도는 Ar3 이상이 될 수 있다. 열간압연 마무리 온도를 Ar3 이상으로 한정하는 이유는 오스테나이트 단상영역에서 압연을 하기 위함이다. 이 때, Ar3란 페라이트 변태개시온도를 의미하며, 아래 식과 같이 계산될 수 있다.
Ar3 = 910-(273*[C])-(74*[Mn])
이 때, [C], [Mn]은 각각 C, Mn의 중량%를 의미한다. 더욱 구체적으로 열간 마무리 압연 온도는 875 내지 1050℃가 될 수 있다.
다음으로, 열연강판을 권취한다. 이 때, 권취온도는 600 내지 750℃일 수 있다. 600℃ 이상에서 권취함으로써 고용된 상태로 아직 남아있는 N을 충분히 석출시킬 수 있기 때문에 우수한 내시효성을 확보할 수 있다. 600℃ 미만에서 권취할 경우에는 미세한 석출물로 인해 재질이 경화될 가능성이 있다. 그리고 750℃ 초과에서 권취할 경우에는 결정립이 조대화되여 냉간압연성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
다음으로, 권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조한다. 이 때 50 내지 95%의 압하율로 냉간압연할 수 있다. 압하율은 냉연강판의 최종 두께를 결정하는 것으로서 압하율 50% 미만인 경우에 최종 목표 두께를 확보하기 어렵고, 95%를 초과하는 경우 압연 부하가 커서 냉간 압연이 어렵다.
다음으로, 냉연강판을 600 내지 850℃에서 소둔한다. 이 과정에서 냉간압연시 연신된 결정립이 재결정된다. 600℃ 미만에서 소둔할 경우 재결정이 충분히 일어나지 않기 때문에 냉간압연시 생긴 전위들이 충분히 없어지지 않아 연성이 떨어지고, 850℃ 초과에서 소둔할 경우에는 결정립이 조대화되어 가공성이 떨어진다. 소둔하는 단계는 600 내지 850℃에서 20 내지 600초 동안 연속소둔할 수 있고, 600 내지 800℃에서 5 내지 72시간 동안 상자소둔하는 것도 가능하다.
전술한 성분과 제조공정을 통해 얻은 냉연강판은 강 내에 포함된 N이 크기가 미세한 AlN에 비해 조대한 BN으로 석출됨으로써 결정립이 미세화에 의한 경화가 최소화되는 특징을 가지고 있다. 또한 기본적으로 C를 일정량 이상 포함하여 고온에서 결정립이 조대화되는 것과 도금 용융층이 결정립계로 침투하는 것이 억제된다. 그리고 생산의 측면에서 고가의 석출물 형성원소를 첨가할 필요가 없기 때문에 원가가 감소되고, 상자소둔 대신 연속소둔을 활용할 수 있기 때문에 생산 효율성과 재질 균일성을 향상되는 이점을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 의한 구리 도금 강판은 전술한 냉연강판으로 이루어진 소지강판 및 소지강판의 표면에 피복된 구리 도금층을 포함한다.
도금층의 상기 냉연강판에 대한 입계 침투 깊이가 2.5㎛ 이하가 될 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1의 조성을 갖고, 잔부는 철 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 제조하였으며, 성분은 실적치를 표기한 것이다. 이러한 표 1을 갖는 강을 표 2의 공정조건으로 제조하였고, 각 제조된 냉연강판에 대한 결정립 크기(㎛), 로크웰 경도(HR30T), 항복강도(YS), 연신율(EL)과 Cu 도금 및 1150℃까지 초당 300℃/초 이상의 승온속도로 승온 후 공냉에 의해 냉각하는 브레이징 후 도금 용융층의 결정립계 침투 깊이(Depth)를 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
조성 C Mn Al P S N B Ti Nb V
비교강1 0.050 0.051 0.017 0.007 0.0008 0.0024 0.0009 - - -
발명강1 0.049 0.048 0.021 0.007 0.0008 0.0025 0.0018 - - -
발명강2 0.048 0.049 0.019 0.007 0.0008 0.0026 0.0029 - - -
비교강2 0.050 0.052 0.022 0.007 0.0008 0.0025 0.0041 - - -
비교강3 0.048 0.045 0.040 0.007 0.0008 0.0025 0.0010 - - -
비교강4 0.053 0.056 0.038 0.007 0.0008 0.0025 0.0020 - - -
발명강3 0.049 0.051 0.042 0.007 0.0008 0.0024 0.0028 - - -
비교강5 0.047 0.054 0.041 0.007 0.0008 0.0025 0.0039 - - -
비교강6 0.053 0.052 0.061 0.007 0.0008 0.0025 0.0011 - - -
비교강7 0.048 0.044 0.060 0.007 0.0008 0.0026 0.0023 - - -
비교강8 0.051 0.050 0.059 0.007 0.0008 0.0024 0.0029 - - -
비교강9 0.048 0.052 0.063 0.007 0.0008 0.0025 0.0038 - - -
비교강10 0.052 0.050 0.024 0.007 0.0008 0.0026 - 0.03 - -
비교강11 0.051 0.051 0.026 0.007 0.0008 0.0026 - 0.02 -
비교강12 0.047 0.047 0.025 0.007 0.0008 0.0025 - - - 0.02
비교강13 0.010 0.053 0.023 0.007 0.0008 0.0023 - - - -
비교강14 0.120 0.050 0.028 0.007 0.0008 0.0025 - - - -
구분 슬라브 가열 온도 (℃) 열간압연
마무리 온도
(℃)		 권취 온도
(℃)		 냉간 압하율
(%)		 소둔 온도
(℃)
제조방법1 1250 900 650 85 750
제조방법2 1180 900 650 85 750
제조방법3 1250 900 650 85 550
제조방법4 1250 900 650 85 880
조성 제조방법 식 1 값 식 2 값 결정립경
(㎛)		 경도
(HR30T)		 YS
(MPa)		 EL
(%)		 Depth
(㎛)
비교강1 제조방법1 0.13 0.49 14.8 52.9 311.5 31.3 3.3
발명강1 제조방법1 0.21 0.93 15.3 47.7 273 39.0 2.2
발명강2 제조방법1 0.38 1.45 10.4 50.3 289.3 36.5 0.3
비교강2 제조방법1 0.47 2.13 4.5 56.0 321.1 26.9 0.1
비교강3 제조방법1 0.06 0.52 6.7 56.9 339.1 26.1 6.6
비교강4 제조방법1 0.13 1.04 7.6 53.8 308.2 30.6 3.1
발명강3 제조방법1 0.17 1.51 9.4 50.7 298.7 35.3 1.2
비교강5 제조방법1 0.24 2.02 5.6 53.1 315.6 29.8 0.3
비교강6 제조방법1 0.05 0.57 4.4 58.3 361.2 23.6 9.3
비교강7 제조방법1 0.10 1.15 4.5 56.1 344.5 25.5 5.2
비교강8 제조방법1 0.12 1.57 6.0 55.8 335.1 27.2 2.3
비교강9 제조방법1 0.15 1.97 4.4 56.6 345.5 26.0 0.7
비교강10 제조방법1 - - 3.7 62.1 411.5 19.5 7.4
비교강11 제조방법1 - - 4.1 60.8 387.2 21.9 7.2
비교강12 제조방법1 - - 4.0 61.2 386.3 21.7 7.0
비교강13 제조방법1 - - 19.5 43.2 240.5 42.6 18.5
비교강14 제조방법1 - - 4.7 55.8 358.1 20.8 3.8
발명강2 제조방법2 0.21 0.93 4.4 56.3 342.3 23.0 4.6
발명강2 제조방법3 0.21 0.93 3.2 68.2 485.7 5.6 5.0
발명강2 제조방법4 0.21 0.93 23.2 42.8 231.1 28.5 4.4
표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성을 만족하는 본 발명을 만족하는 발명강 1 내지 발명강 3을 제조방법 1을 통해 제조하는 경우 경도(HR30T) 51 이하, 항복강도 300MPa 이하, 연신율 35% 이상과 8 내지 16㎛을 만족하고 Cu 도금 용융층의 침투 깊이는 3㎛ 이하로서 상온 가공성과 고온 특성이 동시에 확보됨을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이 이러한 가공성은 N, B, Al의 적정비를 통해서 얻어진 것이고, 고온 특성은 C의 일정량 이상 첨가로서 얻어진 것이다. 발명강 2에 비해 발명강 1과 발명강 3이 경도가 더 높고 도금 용융층 침투가 더 잘 억제되는 것을 확인할 수 있는데 이는 N과 결합하고 남은 B가 결정립계에 편석된 결과이다.
비교강 1 내지 비교강 14는 본 발명에서의 성분 조건을 만족하지 않는다. 비교강 3, 4, 6, 7, 8의 경우 B의 함량이 Al에 비하여 상대적으로 적어 식 1을 만족하지 못한다. 따라서 BN보다 미세한 AlN이 다량 석출되고 결정립이 미세화되는 경향이 강하여 8㎛ 미만으로서 대체로 높은 값을 가지는 것을 확인할 수 있으며 강도와 경도가 높고 연신율이 낮은 것을 확인할 수 있다. 비교강 1의 경우는 식 1을 만족하지 못하지만 Al이나 B 모두 N에 비해 적어 결정립 14.8㎛로서 비교적 크게 형성되었다. 하지만 B, Al이 모두 기준을 미달함으로 인해 N이 충분히 석출되지 못하여 고용 N이 전위에 고착하여 시효 경화가 발생함을 확인할 수 있다.
또한 비교강 2, 5, 9는 식 1을 만족하여 Al에 비해 B가 충분하여 BN을 잘 형성하지만 식 2의 값이 1.6을 초과하여 석출되고 남은 B가 결정립게에 편석하여 결정립이 오히려 미세화되고 재질이 경화된다. 이러한 재질의 경화에도 불구하고 B가 결정립계에 편석되면 도금 용융층의 침투는 잘 억제되는 장점 또한 있으므로 B의 함량은 Al의 함량에 따라 일정 범위 내에서 관리되어야 한다.
비교강 10 내지 12는 Al이나 B보다 미세한 석출물을 잘 형성하는 Ti, Nb, V가 첨가되어 결정립이 미세화되고 재질이 경화된다. 그리고 비교강 13과 14의 경우 C의 함량이 너무 적거나 많은 경우로서, 비교강 13은 C 함량이 적어 재질은 가공하기 유리하나 고온에서 도금 용융층이 깊게 침투하여 결함을 발생시킬 가능성이 높고 비교강 14는 C 함량이 많아 재질이 경화되어 가공성이 떨어지는 문제가 있다.
제조조건 역시 석출물 및 미세조직을 제어하는 데에 매우 중요하다. 제조방법 2의 경우 슬라브 재가열 온도가 낮아 슬라브에 존재하는 석출물을 충분히 고용시키기 못하여 재질이 열화된다. 제조방법 3과 제조방법 4의 경우에는 연속소둔 온도가 적정범위에서 벗어난 경우로서 소둔 온도가 낮을 시에는 재결정이 충분하지 않아 냉간압연시의 가공 경화의 효과가 제거되지 못하고 소둔 온도가 높을 시에는 결정립이 조대하게 성장함으로써 재질은 연하지만 연성이 떨어져 가공성이 확보되지 않는 문제가 발생한다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 중량%로, C: 0.02 내지 0.08%, Mn: 0.03 내지 0.10%, Si: 0.10% 이하(0%를 제외함), Al: 0.005 내지 0.05%, P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.0026% 이하(0%를 제외함), B: 0.0003 내지 0.0032% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하고, 평균 결정립 입경이 8 내지 16㎛ 인 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판.
    [식 1]
    0.15 ≤ ([B]/10.81)/([Al]/26.98)
    [식 2]
    0.8 ≤ ([B]/10.81)/([N]/14.01) ≤ 1.6
    (식 1 및 식 2에서 [B], [Al] 및 [N]은 각각 B, Al 및 N의 중량% 이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 3을 만족하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판.
    [식 3]
    {[BN]/(10.81+14.01)}/{[AlN]/(26.98+14.01)} ≥ 1
    (식 3에서, [BN] 및 [AlN]은 각각 BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
  3. 제1항에 있어서,
    강판 중에 고용된 상태로 존재하는 N, AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 4를 만족하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판.
    [식 4]
    ([N]/14.01)/{[AlN]/(26.98+14.01)+[BN]/(26.98+14.01)} ≤ 0.1
    (식 4에서, [N], [BN] 및 [AlN]은 각각 N의 고용량(중량%), BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
  4. 중량%로, C: 0.02 내지 0.08%, Mn: 0.03 내지 0.10%, Si: 0.10% 이하(0%를 제외함), Al: 0.005 내지 0.05%, P: 0.01% 이하(0%를 제외함), S: 0.01% 이하(0%를 제외함), N: 0.0026% 이하(0%를 제외함), B: 0.0003 내지 0.0032% 및 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 슬라브를 1200℃ 이상에서 가열하는 단계;
    가열된 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 권취하는 단계;
    권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 및
    냉연강판을 600 내지 850℃에서 소둔하는 단계를 포함하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
    [식 1]
    0.15 ≤ ([B]/10.81)/([Al]/26.98)
    [식 2]
    0.8 ≤ ([B]/10.81)/([N]/14.01) ≤ 1.6
    (식 1 및 식 2에서 [B], [Al] 및 [N]은 각각 B, Al 및 N의 중량% 이다.)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열하는 단계에서, 상기 슬라브를 1230 내지 1350℃로 가열하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 열연강판을 제조하는 단계에서, 마무리 압연 온도는 875 내지 1050℃인 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 열연강판을 권취하는 단계에서, 권취 온도는 600 내지 750℃인 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판을 제조하는 단계에서, 50 내지 95%의 압하율로 냉간압연하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 소둔하는 단계는 600 내지 850℃에서 20 내지 600초 동안 연속소둔하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 소둔하는 단계는 600 내지 800℃에서 5 내지 72시간 동안 상자소둔하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
  11. 제4항에 있어서,
    제조된 냉연강판은 AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 3을 만족하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
    [식 3]
    {[BN]/(10.81+14.01)}/{[AlN]/(26.98+14.01)} ≥ 1
    (식 3에서, [BN] 및 [AlN]은 각각 BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
  12. 제4항에 있어서,
    제조된 냉연강판 중에 고용된 상태로 존재하는 N, AlN 및 BN 석출물의 중량비가 하기 식 4를 만족하는 연속형 셀프 브레이징용 냉연강판의 제조방법.
    [식 4]
    ([N]/14.01)/{[AlN]/(26.98+14.01)+[BN]/(26.98+14.01)} ≤ 0.1
    (식 4에서, [N], [BN] 및 [AlN]은 각각 N의 고용량(중량%), BN 및 AlN 석출물의 중량% 이다.)
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 냉연강판으로 이루어진 소지강판 및 상기 소지강판의 표면에 피복된 구리 도금층을 포함하는 구리 도금 강판.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도금층의 상기 냉연강판에 대한 입계 침투 깊이가 2.5㎛ 이하인 구리 도금 강판.
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