KR101808431B1

KR101808431B1 - 가공성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101808431B1
Application number: KR1020160077453A
Authority: KR
Inventors: 신효동; 정현영; 허성열
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2017-12-13
Also published as: DE112017003173T5; JP6804566B2; US20190203310A1; JP2019521251A; CN109312440A; CN109312440B; US10968498B2; WO2017222159A1

Abstract

일 실시 예에 따르는 고강도 냉연 강판의 제조 방법은, 탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 중량% 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량%, 안티몬(Sb) : 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 1150℃ 내지 1250 ℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 마무리 압연 온도가 800℃ 내지 900℃가 되도록 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연된 판재를 600℃ 내지 700℃로 냉각하여 권취하여 열연 강판을 제조하는 단계; 상기 열연 강판을 산세 후 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연된 강판을 α상과 γ상의 이상역에서 소둔 열처리하는 단계; 상기 소둔 열처리된 강판을 마르텐사이트 온도 영역까지 냉각시킨 후 과시효 처리하는 단계를 포함한다.

Description

가공성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH COLD- ROLLED STEEL SHEET HAVING IMPROVED WORKABLITY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가공성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 업계는 나날이 경쟁이 심화됨에 따라 자동차 품질에 대한 고급화, 다양화 요구가 높아지고 있다. 또한, 강화되고 있는 승객 안전 및 환경 규제에 대한 법규를 만족시키고 아울러 연비 효율을 향상시키기 위하여, 경량화 및 고강도화를 추구하고 있다.

자동차 외판재에 적용되는 강판은 주로 가공성과 연신율이 우수한 냉연강판이 적용된다. 자동차용 고강도 냉연강판 제조 방법은 통상, 열간 압연, 냉간 압연, 그리고 소둔 공정을 포함하도록 이루어진다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0002279호(2014.01.08 공개, 발명의 명칭: 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법)가 있다.

본 발명은 열연 권취 후 열연 강판의 에지부와 센터부의 재질 편차를 감소시키는 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 높은 인장 강도 및 항복 강도를 가지면서, 또한, 굽힘 가공성도 우수한 냉연강판 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 고강도 냉연 강판의 제조 방법은, 탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 중량% 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량%, 안티몬(Sb) : 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 1150℃ 내지 1250℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 마무리 압연 온도가 800℃ 내지 900℃가 되도록 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연된 판재를 600℃ 내지 700℃로 냉각하여 권취하여 열연 강판을 제조하는 단계; 상기 열연 강판을 산세 후 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연된 강판을 α상과 γ상의 이상역에서 소둔 열처리하는 단계; 상기 소둔 열처리된 강판을 마르텐사이트 온도 영역까지 냉각시킨 후 과시효 처리하는 단계를 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 슬라브 판재는 알루미늄(Al): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 인(P): 0 초과 0.02 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 상기 열간 압연 후에, 상기 열연 강판은 펄라이트 및 페라이트로 이루어지는 미세 조직을 가질 수 있다.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 열연 강판은 중심부와 폭 방향의 에지부 사이의 인장 강도의 편차가 50 MPa 이하일 수 있다.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 소둔 열처리는 810℃ 내지 850℃에서 진행되며, 상기 과시효 처리는 250℃ 내지 350℃에서 진행될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 고강도 냉연 강판은 탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 중량% 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량%, 안티몬(Sb) : 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 미세 조직이 페라이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트의 복합 조직을 가지되, 상기 페라이트 및 상기 마르텐사이트의 면적 분율의 합이 90% 이상 100% 미만이다.

일 실시 예에 있어서, 상기 고강도 냉연 강판은 알루미늄(Al): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 인(P): 0 초과 0.02 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 상기 고강도 냉연 강판은 인장강도 980 MPa 이상, 항복강도 600 MPa 이상, 연신율 17% 이상 및 굽힘 가공성(R/t) 2.0 이하를 가질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 열연 공정의 권취 온도를 600℃ 내지 700 ℃로 설정함으로써, 열연 권취 후 열연 강판의 에지부와 센터부의 인장 강도의 편차를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 권취 온도의 상향에 따라 열연 강판에 내부 산화 깊이가 증가할 수 있다. 이러한 내부 산화 깊이 증가에 따라 최종 냉연 강판의 표면 색차가 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 강판에 합금 원소로서 안티몬을 소정 함량 첨가함으로써, 상기 열연 강판의 내부 산화 깊이를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 합금 성분 조절과 소둔 열처리 공정 및 과시효 공정 조건의 제어를 통해, 항복강도 600 MPa 이상, 인장강도 980 MPa 이상, 17% 이상의 연신율 및 2 이하의 굽힘 가공성(R/t)를 확보할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 비교예에서, 권취 온도 400℃에서, 열연 강판의 폭 방향에 따르는 인장 강도의 변화 나타내는 그래프이다. 도 1b는 도 1a의 열연 강판 에지부의 미세조직을 나타내는 사진이며, 도 1c는 도 1a의 열연 강판 센터부의 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 2a는 본 발명의 일 비교예에서, 권취 온도 580℃에서, 열연 강판의 폭 방향에 따르는 인장 강도의 변화 나타내는 그래프이다. 도 2b는 도 2a의 열연 강판 에지부의 미세조직을 나타내는 사진이며, 도 2c는 도 2a의 열연 강판 센터부의 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 3a는 본 발명의 일 비교예에서, 권취 온도 640℃에서, 열연 강판의 폭 방향에 따르는 인장 강도의 변화 나타내는 그래프이다. 도 3b는 도 3a의 열연 강판 에지부의 미세조직을 나타내는 사진이며, 도 3c는 도 3a의 열연 강판 센터부의 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 열연 공정의 권취 온도에 다르는 열연 강판의 내부 산화 깊이를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비열처리형 열연강판의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 냉연 강판의 미세 조직을 관찰한 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 발명자는, 열연공정, 냉연공정, 및 소둔 열처리를 포함하는 제조 공정을 통해 냉연 강판을 제조하는 도중에, 열연공정을 진행한 후의 열연 강판에서, 폭 방향의 에지부와 센터부 사이에서 재질 편차가 크게 발생하는 것을 발견하였다. 이에, 본 발명의 발명자는 이러한 재질 편차가 열연공정 권취온도와 관련 있음을 알아내었다.

구체적으로, 탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 중량% 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열후에 800 내지 900℃에서 열간 압연한 후에, 냉각후 권취하는 온도에 따라, 열연 강판의 폭 방향으로 에지부와 센터부 사이의 인장 강도가 크게 차이나는 것을 확인하였다.

표 1은 일 예로서의 슬라브 판재의 합금 조성을 나타내는 도표이며, 도 1a는 본 발명의 일 비교예에서, 권취 온도 400℃에서, 열연 강판의 폭 방향에 따르는 인장 강도의 변화 나타내는 그래프이다. 도 1b는 도 1a의 열연 강판 에지부의 미세조직을 나타내는 사진이며, 도 1c는 도 1a의 열연 강판 센터부의 미세조직을 나타내는 사진이다.

도 2a는 본 발명의 일 비교예에서, 권취 온도 580℃에서, 열연 강판의 폭 방향에 따르는 인장 강도의 변화 나타내는 그래프이다. 도 2b는 도 2a의 열연 강판 에지부의 미세조직을 나타내는 사진이며, 도 2c는 도 2a의 열연 강판 센터부의 미세조직을 나타내는 사진이다.

도 3a는 본 발명의 일 비교예에서, 권취 온도 640℃에서, 열연 강판의 폭 방향에 따르는 인장 강도의 변화 나타내는 그래프이다. 도 3b는 도 3a의 열연 강판 에지부의 미세조직을 나타내는 사진이며, 도 3c는 도 3a의 열연 강판 센터부의 미세조직을 나타내는 사진이다.

C	Si	Mn	Cr	Mo
0.110	1.03	2.23	0.376	0.043

도 1a를 참조하면, 열연 강판의 센터부와 에지부 사이의 인장강도 편차는 약 200MPa 내지 240 MPa의 크기로 발생하였다. 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 에지부의 경우, 저온상인 베이나이트 및 마르텐사이트로 구성되었으며, 센터부의 경우, 상대적으로 높은 분율의 펄라이트와, 상대적으로 적은 분율의 베이나이트와 마르텐사이트로 구성되었다.

도 2a를 참조하면, 열연 강판의 센터부와 에지부 사이의 인장강도 편차는 약 약 300MPa의 크기로 발생하였다. 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 에지부의 경우, 상대적으로 높은 분율의 베이나이트와 상대적으로 적은 분율의 페라이트 및 펄라이트로 구성되었으며, 센터부의 경우, 페라이트 및 펄라이트로 구성되었다.

도 3a를 참조하면, 열연 강판의 센터부와 에지부 사이의 인장강도 편차는 약 약 45MPa 내지 50MPa의 크기로 발생하였다. 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 에지부와 센터부는 모두 펄라이트와 페라이트로 구성되었다.

이로부터, 열연 강판의 부위별 재질 편차는 권취 이후, 열연 강판의 폭 방향별 위치에 따른 냉각 속도 차이에 의해 발생하는 것으로 판단된다. 즉, 열연 강판의 센터부의 경우 냉각 속도가 느리고, 열연 강판의 에지부의 경우, 냉각 속도가 상대적으로 크기 때문에, 상기 열연 강판의 에지부의 경우, 저온 상이 발생하는 것으로 판단된다. 이에 따라, 상기 열연 강판의 부위별 재질 편차를 감소시키기 위해, 상기 열연 공정의 권취 온도를 상승시켜, 상기 에지부의 냉각 속도가 상대적으로 빠르더라도, 상기 열연 강판의 전체에 걸쳐 펄라이트 변태가 이루어지도록 한다. 일 예로서, 상기 열연 공정의 권취 온도는 600℃ 내지 700℃로 설정할 수 있다.

한편, 본 발명의 발명자는, 상기 열연 공정의 권취 온도를 600℃ 내지 700 ℃로 상승시킨 경우, 최종 제품으로서 냉연 강판이 제조된 후에, 상기 냉연 강판의 표면에 국부적으로 색차가 발생하는 것을 발견하였다. 한편, 본 발명자는 이러한 국부적인 색차는, 상기 열연 강판의 권취 이후에 냉각하는 과정에서 상기 열연 강판의 표면으로부터 발생하는 산화에 기인한다는 것을 발견하였다.

본 발명의 발명자는 도 4에서와 같이, 열연 강판의 권취 온도가 580℃ 이상일 때, 냉연 강판에서 국부적인 색차가 발생하는 것을 발견하였다. 또한, 열연 강판의 권취 온도가 580℃ 이상일 때, 열연 강판의 내부 산화 깊이가 6 ㎛ 이상 발생한다는 사실을 알아내었다.

이와 같이, 열연 강판의 센터부와 에지부 사이의 인장강도 편차를 감소시키기 위해, 권취 온도를 600℃ 내지 700℃로 상향하는 과정에서, 열연 강판의 내부 산화가 과도하게 진행되며, 이로 인해, 최종 제품인 냉연 강판의 표면에 국부적인 색차가 발생할 수 있음을 발견하였다.

결론적으로, 본 발명의 발명자는 열연 공정의 권취 온도를 600℃ 내지 700 ℃로 유지시키는 동시에, 상기 열연 강판의 내부 산화를 억제하기 위해, 이하의 강판의 합금 조성을 제안한다. 또한,상기 합금 조성을 가지는 열연 강판은 냉연 공정, 소둔 공정 및 과시효 공정을 거치면서, 고강도 냉연 강판으로 제조될 수 있다. 상기 냉연 강판은 인장강도 980 MPa 이상, 항복강도 600 MPa 이상, 연신율 17% 이상 및 굽힘 가공성(R/t) 2.0 이하를 가질 수 있다..

고강도 냉연 강판

본 발명의 일 실시예에 따르는 고강도 냉연 강판은 탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 중량% 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량%, 안티몬(Sb) : 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다. 또다른 실시예에 있어서, 상기 고강도 냉연 강판은 알루미늄(Al): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 인(P): 0 초과 0.02 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 고강도 냉연 강판은 인장강도 980 MPa 이상, 항복강도 600 MPa 이상, 연신율 17% 이상 및 굽힘 가공성(R/t) 2.0 이하를 가질 수 있다. 상기 굽힘 가공성(R/t)은 시편의 두께(t)과 크랙이 발생하지 않는 한도 내에서 상기 시편에 발생시킨 굽힘에서 측정되는 최소 굽힘 곡률 반경(R)의 비로 나타낼 수 있다.

상기 고강도 냉연 강판은 페라이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트의 복합 조직을 가지되, 상기 페라이트 및 상기 마르텐사이트의 면적 분율의 합이 90% 이상 100% 미만일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 고강도 냉연강판의 합금조성에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

탄소(C)

탄소(C)는 마르텐사이트 분율 및 경도 향상에 기여하는 합금 원소이다. 상기 탄소(C)는 강판 전체 중량의 0.10 중량% 내지 0.13 중량%로 첨가된다. 탄소(C)의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따른다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.13 중량%를 초과할 경우에는 목표하는 인성을 획득할 수 없게 되고 용접성이 저하될 수 있다.

실리콘( Si )

실리콘(Si)은 강 중의 탈산제 역할을 수행하며, 페라이트 안정화 원소로써 페라이트 내 카바이드 형성을 억제항 강도 및 연신율 확보에 기여할 수 있다.

상기 실리콘(Si)은 강판 전체 중량의 0.9 중량% 내지 1.1 중량%로 첨가된다. 실리콘(Si)의 함량이 0.9 중량% 미만일 경우 연신율 확보가 어려우며, 1.1 중량%를 초과할 경우, 연주성을 저하시킬 수 있으며, 용접성을 저하시킬 수 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 고용 강화 및 소입성 증대를 통해 강판의 강도를 향상시킬 수 있다. 상기 망간(Mn)은 강판 전체 중량의 2.2 중량% 내지 2.3 중량%로 첨가된다. 망간(Mn)의 함량이 2.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 망간(Mn)의 함량이 2.3 중량%를 초과하여 첨가될 경우, 소재 두께 방향 중심부에 망간 밴드 조직이 형성되어 연신율이 저하되고, 굽힘 가공성을 저해할 수 있다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 고용강화 및 소입성 증대를 통해 강의 강도 향상에 기여할 수 있다. 크롬(Cr)은 강판 전체 중량의 0.35 중량% 내지 0.45 중량%로 첨가된다. 크롬(Cr)의 함량이 0.35 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.45 중량%를 초과할 경우 용접성을 저해할 수 있다.

몰리브덴( Mo )

몰리브덴(Mo)은 고용 강화 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 강판 전체 중량의 0.04 중량% 내지 0.07 중량%로 첨가된다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.04 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.07 중량%를 초과할 경우 마르텐사이트의 양이 증가하여 인성이 저하될 수 있다.

안티몬( Sb )

안티몬(Sb)은 망간과 실리콘이 강판 표면에 산화물 형태로 존재하는 것을 억제할 수 있다. 안티몬(Sb)은 고온에서 원자 자체로 산화 피막을 형성하지는 않지만, 강판 표면 및 결정립 계면에 농화되어 강 중 망간 및 실리콘이 강판 표면으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이로서, 강판 표면 부근에서의 산화물 형성이 제어될 수 있다. 또한, 안티몬(Sb)은 소둔 공정 중에 강판에 산화물이 생성되는 것을 억제하여 냉연 강판의 색차 결함을 억제하는 효과가 있다.

안티몬(Sb)은 강판 전체 중량의 0.02 중량% 내지 0.05 중량%로 첨가된다. 안티몬(Sb)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 안티몬(Sb)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우, 연성이 저하되어 강판의 재질 특성이 열화될 수 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 제강 시의 탈산을 위해 첨가한다. 알루미늄(Al)은 강 중의 질소와 결합하여 AlN을 형성시켜 조직을 미세화할 수 있다. 알루미늄(Al)의 함량은 강판 전체 중량의 0.35 중량% 내지 0.45 중량% 일 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.35 중량% 미만일 경우 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.45 wt% 를 초과하면, 페라이트와 오스테나이트 중의 탄소 확산을 촉지하여 강도가 저하될 수 있다.

인(P)

인(P)은 고용 강화에 의해 강의 강도를 향상시킬 수 있다. 상기 인(P)은 강판 전체 중량의 0 초과 0.02 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 인(P)의 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우, Fe3P의 스테다이트를 형성하여 열간 취성의 원인이 될 수 있다.

황(S)

황(S)은 강판의 인성 및 용접성을 저해하고 MnS 비금속 개재물을 증가시켜 굽힘 가공성을 저해할 수 있다. 황(S)은 강판 전체 중의 0 초과 0.003 중량% 이하로 첨가한다. 황(S)의 함량이 0.003 중량%를 초과하는 경우, 조대한 개재물을 증가시켜 피로 특성을 열화시킬 수 있다.

고강도 냉연 강판 제조 방법

이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 고강도 냉연 강판을 제조하는 방법을 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연 강판의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다. 도 5를 참조하면, 고강도 냉연 강판의 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간 압연 단계(S120), 냉간 압연 단계(S130), 소둔 단계(S140) 및 과시효 단계(S150)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위해서 실시될 수 있다. 이때, 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다. 상기 슬라브 판재는, 탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량%, 안티몬(Sb) : 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 슬라브 판재는 알루미늄(Al): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 인(P): 0 초과 0.02 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기의 합금 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150℃ 내지 1250℃에서 대략 2시간 내지 5시간 동안 재가열한다. 이러한 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다.

슬라브 재가열 온도가 1150℃ 미만일 경우에는 주조시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제점이 있다. 반대로, 재가열 온도가 1250℃를 초과할경우 매우 조대한 오스테나이트 결정립이 형성되어 강도 확보가 어렵게 된다. 또한, 슬라브 재가열 온도가 올라갈수록 가열 비용 및 압연 온도를 맞추기 위한 추가시간 소요 등으로 제조 비용 상승 및 생산성 저하를 야기할 수 있다.

열간 압연

열간 압연 단계(S120)는, 재가열된 판재를 압연종료온도 : 800℃ 내지 900℃ 조건으로 마무리 열간압연한다. 마무리 열간압연온도(FDT)가 800℃ 미만일 경우에는 열연 코일의 전장 재질 편차를 야기할 수 있으며, 반대로, 마무리 열간압연온도(FDT)가 900℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립 조대화로 인해 연신율 확보를 위한 페라이트를 얻기 힘들 수 있다.

상기 열간 압연된 판재를 냉각한다. 냉각은 자연 냉각, 강제 냉각 등의 방식이 적용될 수 있다. 권취 공정은 600℃ 내지 700℃의 온도에서 진행될 수 있다. 상술한 바와 같이, 권취 온도가 600℃ 미만일 경우, 열연 강판의 폭 방향에 따르는 에지부와 센터부 사이에 인장강도와 같은 재질 편차가 커질 수 있다. 권취 온도가 700℃를 초과하는 경우, 충분한 강도를 확보할 수 없게 된다. 상기 권취 공정 후에, 상기 열연 강판은 중심부와 폭 방향의 에지부 사이의 인장 강도의 편차가 50 MPa 이하일 수 있다. 상기 열연 강판은 펄라이트 및 페라이트로 이루어지는 미세 조직을 가질 수 있다.

냉간 압연

냉간 압연 단계(S130)에서는 상기 열연 강판을 냉간에서 압연하여 강판 최종 두께로 가공한다. 냉간 압연의 압하율은 열연 강판의 두께와 목표하는 강판 최종 두께에 따라 대략 50~70% 정도로 정해질 수 있다. 한편, 냉간 압연 전에 열연 강판의 스케일을 제거하기 위하여 산세(acid pickling)를 수행하는 과정이 더 포함될 수 있다.

소둔

소둔 단계(S140)에서는 상기 냉간 압연된 강판을 α상과 γ상의 이상역에서 소둔 열처리한다. 소둔 열처리는 오스테나이트 상분율을 제어할 수 있다. 또한, 소둔 열처리를 통해, 목표로 하는 강도 및 연신율 등을 용이하게 확보할 수 있다.

소둔 열처리는 굽힘 가공성 확보를 위해 연질의 페라이트 확보가 용이한 α상과 γ상의 공존 영역에서 진행될 수 있다. 상기 소둔 열처리는 구체적인 일 예로서, 810℃ 내지 850℃로 가열하여 대략 30초 내지 150초 동안 진행할 수 있다. 소둔 열처리 온도가 810℃ 미만이거나, 소둔 열처리 시간이 30초 미만인 경우, 충분한 오스테나이트 변태가 이루어지지 못하여 최종 제조되는 강판의 강도 확보가 어려울 수 있다. 반면에, 소둔 열처리 온도가 850℃를 초과하거나 소둔 열처리 시간이 150초를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립 사이즈가 크게 증가하여 강도 등 강판의 물성이 저하될 수 있다. 소둔 열처리가 완료된 후에, 상기 소둔 열처리된 강판을 마르텐사이트 온도 영역까지 냉각한다. 구체적인 일 예로서, 상기 소둔 열처리가 완료된 강판을 250℃ 내지 350℃의 온도까지, 평균 냉각 속도 5℃/초 내지 20℃/초로 냉각한다.

과시효

과시효 단계(S150)에서는, 상기 냉각된 강판을 마르텐사이트 온도영역, 즉 250℃ 내지 350℃의 온도에서 오스템퍼링(austempering) 처리한다. 상기 오스템퍼링을 통해 잔류 오스테나이트 내로 탄소(C) 농축을 단시간에 진행시켜, 제조되는 강판의 최종 미세조직에 베이나이트상이 형성되도록 할 수 있다. 여기서, 과시효 처리는 정해진 시간동안 온도를 일정하게 유지하는 것뿐만 아니라, 정해진 시간동안 공냉하는 것도 포함할 수 있다. 상기 과시효 처리 온도가 상기한 온도 범위를 벗어날 경우 베이나이트 상의 형성 및 제어가 어려울 수 있다.

상기 과시효 처리는 200초 내지 400초 동안 실시될 수 있다. 과시효 처리 시간이 200초 미만일 경우, 그 효과가 불충분하고, 반면에 과시효 처리 시간이 400초를 초과하는 경우, 더 이상의 효과 없이 생산성을 저하시킬 수 있다. 상기 과시효 처리된 강판은 약 100℃까지 냉각될 수 있다.

상술한 공정을 통하여 본 발명의 일 실시 예에 따르는 고강도 냉연 강판을 제조할 수 있다. 상기 냉연 강판은 최종적으로 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트의 복합 조직을 가질 수 있다. 이때, 상기 페라이트 및 상기 마르텐사이트의 면적 분율의 합이 90% 이상 100% 미만일 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 예시 중 일부로 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 2에 기재된 합금조성으로 비교예 및 실시예 시편의 조성을 결정하였다. 단, 표 2에서는 강재에 불가피하게 첨가되는 합금 원소는 표기를 생략하였다. 실시예 시편의 경우, 안티몬(Sb)을 합금 원소로 포함할 수 있다. 상기 조성으로 주조된 비교예 및 실시예의 중간재를 1200℃로 재가열하고, 마무리 압연 온도 850℃로 열간 압연하였다. 이후에, 냉각하여 640℃의 온도에서 권취하였다. 이후에, 상기 열연 강판들을 산세 후에 냉간 압연하여 냉연 강판들을 각각 제조하였다. 상기 냉연 강판들을 표 3의 소둔 공정 조건 및 과시효 공정 조건에 따라 열처리하여 최종적으로, 비교예 1 내지 5의 시편과 실시예 1 내지 9의 시편을 제조하였다.

비교예 1 내지 5의 시편의 경우, 실시예 1 내지 9의 시편과 대비하여, 소둔 공정 온도가 낮게 설정되었다. 실시예 1 내지 9의 시편의 경우, 본 발명의 실시 예에 따르는 소둔 공정 온도 및 과시효 공정 온도 범위를 만족하도록 설정되었다.

	화학 조성(중량%)
	C	Si	Mn	Cr	Mo	Sb
비교예	0.110	1.03	2.23	0.376	0.043	-
실시예	0.114	0.968	2.177	0.39	0.05	0.026

	소둔 열처리 온도(℃)	과시효 처리 온도(℃)
비교예1	800	420
비교예2		500
비교예3		250
비교예4		300
비교예5		350
실시예1	810	250
실시예2		300
실시예3		350
실시예4	830	250
실시예5		300
실시예6		350
실시예7	850	250
실시예8		300
실시예9		350

2. 물성평가

비교예 1 내지 5 및 실시예 1 내지 9의 냉연 강판 시편들에 대해 항복강도, 인장강도, 연신율 및 굽힘성을 측정하여 표 4 나타내었다. 아울러, 비교예 1 내지 5 및 실시예 1 내지 9의 냉연 강판 시편들을 관찰하여 색차 발생여부를 표 4에 나타내었다.

	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)	굽힘성 (R/t)	색차발생여부
비교예1	642	1077	17	2.33	발생
비교예2	668	1066	18	2.16	발생
비교예3	680	1102	17	2.33	발생
비교예4	645	1047	18	2.33	발생
비교예5	616	1022	17	2.16	발생
실시예1	623	1066	17	1.83	미발생
실시예2	619	1043	18	1.66	미발생
실시예3	600	1022	19	1.33	미발생
실시예4	637	1032	18	1.33	미발생
실시예5	621	1055	18	1.17	미발생
실시예6	633	1070	17	1.40	미발생
실시예7	666	1100	17	1.33	미발생
실시예8	645	1085	17	1.17	미발생
실시예9	660	1075	17	1.40	미발생

먼저, 냉연 강판 시편들에 대한 색차 발생 여부를 관찰한 결과, 안티몬(Sb)이 합금 원소로 포함되지 않은 비교예 1 내지 5의 시편의 경우, 국부적인 색차 발생이 관찰되었다. 안티몬(Sb)이 합금 원소로 포함된 실시예 1 내지 9의 시편의 경우, 색차가 발생하지 않은 것으로 관찰되었다.

항복강도, 인장강도, 연신율의 경우, 비교예 1 내지 5 및 실시예 1 내지 9의 시편 모두 목표치인 항복강도 600MPa 이상, 인장강도 980MPa 이상, 연신율 17% 이상을 만족시켰다. 다만, 굽힘성(R/t)의 경우, 비교예 1 내지 5의 경우, 2 이상을 나타내어 목표치를 만족시키지 못하였으며, 실시예 1 내지 9의 경우, 목표치인 2.0 이하를 만족시켰다.

한편, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 냉연 강판의 미세 조직을 관찰한 사진이다. 도 6은 상기 실시예 1의 시편에 대한 미세 조직 사진이며, 도시되는 바와 같이, 페라이트 및 마르텐사이트를 주상으로 하고, 베이나이트가 소량 첨가된 복합 조직임을 알 수 있다.

이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 개시된 실시예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

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Claims

(a) 탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 중량% 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량%, 안티몬(Sb) : 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 1150℃ 내지1250℃의 온도로 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 판재를 마무리 압연 온도가 800℃ 내지 900℃가 되도록 열간 압연하는 단계;
(c) 상기 열간 압연된 판재를 600℃ 내지 700℃로 냉각하여 권취하여 열연 강판을 제조하는 단계;
(d) 상기 열연 강판을 산세 후 냉간 압연하는 단계;
(e) 상기 냉간 압연된 강판을 α상과 γ상의 이상역에서 소둔 열처리하는 단계;
(f) 상기 소둔 열처리된 강판을 마르텐사이트 온도 영역까지 냉각시킨 후 과시효 처리하는 단계를 포함하되,
(e) 단계의 상기 소둔 열처리는 810℃ 내지 850℃에서 진행되며,
(f) 단계의 상기 과시효 처리는 250℃ 내지 350℃에서 진행되는
고강도 냉연 강판의 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 슬라브 판재는 알루미늄(Al): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 인(P): 0 초과 0.02 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하 중 적어도 하나를 더 포함하는
고강도 냉연 강판의 제조 방법.
제1 항에 있어서,
(c) 단계 후, 상기 열연 강판은 펄라이트 및 페라이트로 이루어지는 미세 조직을 가지는
고강도 냉연 강판의 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 열연 강판은
중심부와 폭 방향의 에지부 사이의 인장 강도의 편차가 50 MPa 이하인
고강도 냉연 강판의 제조 방법.
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탄소(C): 0.10 중량% 내지 0.13 중량%, 실리콘(Si): 0.9 중량% 내지 1.1 중량%, 망간(Mn): 2.2 중량% 내지 2.3 중량%, 크롬(Cr): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.04 중량% 내지 0.07 중량%, 안티몬(Sb) : 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
미세 조직이 페라이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트의 복합 조직을 가지되, 상기 페라이트 및 상기 마르텐사이트의 면적 분율의 합이 90% 이상 100% 미만이며,
인장강도 980 MPa 이상, 항복강도 600 MPa 이상, 연신율 17% 이상 및 굽힘 가공성(R/t) 2.0 이하를 가지는
고강도 냉연 강판.
제6 항에 있어서,
상기 고강도 냉연 강판은 알루미늄(Al): 0.35 중량% 내지 0.45 중량%, 인(P): 0 초과 0.02 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003 중량% 이하 중 적어도 하나를 더 포함하는
고강도 냉연 강판.
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