KR101808445B1 - 고장력 용융도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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현대제철 주식회사
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Abstract

일 실시 예에 따른 고장력 용융도금강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, 탄소(C): 0.05%~0.25%, 실리콘(Si): 0.1%~3.0%, 망간(Mn) : 2.0%~5.0%, 인(P): 0초과 0.02%이하, 황(S): 0초과 0.005%이하, 알루미늄(Al): 0.001%~1.000%, 크롬(Cr): 0.1%~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.01%~0.5%, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 1150℃~1250℃의 온도로 재가열하여 AC3 초과 1000 ℃이하의 온도에서 열간압연하고, 상기 열간압연된 강판을 500~650℃의 온도로 냉각하여 열연강판을 제조한다. 상기 열연강판을 산세 후 냉간압연하고 상기 냉간압연된 강판을 산소 분압 10-24atm ~10- 19atm 에서, 가열로에서 500~650℃로 가열하여 1차 열처리하고 산소 분압 10-24atm ~10-19atm에서, 유지로에서 750~900℃로 가열하여 2차 열처리 한 후, 상기 2차 열처리된 강판을 냉각하고 용융도금한다.

Description

고장력 용융도금강판 및 그 제조방법{HIGH TENSILE HOT-DIP PLATED STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고장력 용융도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 굽힘성이 우수한 고장력 용융도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근들어 자동차 안정성 향상과 경량화 추세에 따라, 자동차 차체에 적용되는 소재를 고강도화하기 위한 노력이 진행되고 있다. 다만, 일반적으로, 강판은 강도가 증가함에 따라 신율이 낮아짐으로써, 소정 강도 이상에서는 인발(Draw) 부품의 성형이 한계에 도달하게 된다. 따라서, 상술한 고강도화 노력과 함께 강판의 신율을 향상시키고자 하는 노력도 동시에 진행되고 있다. 이러한 신율 향상은 인발용 부붐의 적용을 확대시킬수 있으며, 충격흡수에너지능(TS*El)을 향상시켜 자동차 차체에 적용될 때 충돌 특성을 향상시킬 수 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 2015-0025952호(2015.03.11 공개, 발명의 명칭 : 고강도 열연도금강판 및 그 제조 방법)가 있다
본 발명의 목적은 굽힘성 및 도금품질이 우수한 고장력 용융도금강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 고장력 용융도금강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 고장력 용융도금강판의 제조방법이 개시된다. 상기 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.05%~0.25%, 실리콘(Si): 0.1%~3.0%, 망간(Mn) : 2.0%~5.0%, 인(P): 0초과 0.002%이하, 황(S): 0초과 0.0005%이하, 알루미늄(Al): 0.001%~1.000%, 크롬(Cr): 0.1%~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.01%~0.5%, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 1150℃~1250℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열한 슬라브를 AC3 초과 1000 ℃이하의 온도에서 열간압연하고, 상기 열간압연된 강판을 500~650℃의 온도로 냉각하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 산세 후 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 강판을 산소 분압 10-24atm ~10- 19atm 에서, 가열로에서 500~650℃로 가열하여 1차 열처리하는 단계; 상기 1차 열처리된 강판을 산소 분압 10-24atm ~10-19atm에서, 유지로에서 750~900℃로 가열하여 2차 열처리하는 단계; 상기 2차 열처리된 강판을 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 강판을 용융도금하는 단계; 를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 1차 열처리는 상기 냉간압연된 강판을 산화시켜 상부에 산화철 층을 형성할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 2차 열처리는 상기 1차 열처리된 강판의 표층 탈탄층을 생성하고 상기 산화철 층을 환원시킬 수 있다.
또다른 실시 예에 있어서, 상기 산화철이 환원되어 형성되는 환원 Fe 상부에 용융도금층을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 고강도 용융도금강판이 개시된다. 상기 고강도 용융도금강판은 중량%로, 탄소(C): 0.05%~0.25%, 실리콘(Si): 0.1%~3.0%, 망간(Mn) : 2.0%~5.0%, 인(P): 0초과 0.02% 이하, 황(S): 0초과 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.001%~1.000%, 크롬(Cr): 0.1%~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.01%~0.5%, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 표면에 도금층이 형성된 인장강도 980MPa이상, 굽힘성(R/t)는 0.1 이상 0.5 미만을 만족한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 도금층은 용융아연도금층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 굽힘성 및 도금품질이 우수한 고장력 용융도금강판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장력 용융도금강판 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 고장력 용융도금강판 및 이의 제조방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르는 고장력 용융도금강판은 중량%로, 탄소(C): 0.05%~0.25%, 실리콘(Si): 0.1%~3.0%, 망간(Mn) : 2.0%~5.0%, 인(P): 0초과 0.02% 이하, 황(S): 0초과 0.005% 이하, 알루미늄(Al): 0.001%~1.000%, 크롬(Cr): 0.1%~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.01%~0.5%, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 표면에 도금층이 형성된 인장강도 980MPa이상, 굽힘성(R/t)은 0.1 이상 0.5 미만을 만족한다. 이때 상기 도금층은 용융아연도금층으로 이루어 질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장력 용융도금강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
탄소(C)
탄소(C)는 침입형 고용원소로서 오스테나이트 안정화 원소로서 작용한다. 다만, 0.05 중량% 미만일 때, 오스테나이트 내부 탄소 농화도 저감에 의해, 본 발명의 실시 예에 따라 합금화 열처리후 최종 상온으로 냉각시에 잔류오스테나이트 형성이 억제될 수 있다. 0.25 중량%를 초과할 때, 강도 및 인성 저하 문제 또는 용접성의 저하 등의 문제점이 있을 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 강판 중의 탄소(C)의 함량은 0.05 내지 0.25 중량%로 결정한다.
실리콘( Si )
실리콘(Si)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 페라이트를 청정하게 해줌으로써 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 0.1 중량% 미만일 때, 상술한 기능을 충분히 발휘하지 못하며, 3.0 중량%를 초과하는 경우, 실리콘산화물계의 산화물을 강판 표면에 형성함으로써 아연도금시 도금 젖음성을 저해할 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 강판 중의 실리콘(Si)의 함량은 0.1 내지 3.0 중량%로 결정한다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로서 작용하여, 냉각 중 고온역 페라이트 및 저온역 베이나이트 변태를 억제함으로써, 냉각 중 마르텐사이트 변태 분율을 증가시키는 역할을 수행할 수 있다.
망간(Mn)은 본 발명에 따른 초고강도 냉연강판 전체 중량의 2.0 ~ 5.0중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 강판 전체 중량의 2.0 중량% 미만일 경우에는 목표로 하는 강도를 확보 할 수 없으며 반대로, 망간(Mn)의 함량이 강판 전체 중량의 5.0 중량%를 초과할 경우에는 강도 과다 및 에지크랙 등이 발생하고 MnO 등 표면 산화물에 의한 미도금 결함이 발생할 수 있다.
인(P)
인(P)은 고용 강화에 의해 강도의 강도를 높이며, 탄화물의 형성을 억제하는 기능을 수행할 수 있다. 다만, 인의 함량이 0.02 중량%를 초과하는 경우에는 용접성이 악화되고 슬라브 중심 편석에 의해 내부식성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 인이 오스테나이트 결정립계에 편석하여 인성을 저하시 킬 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 따라서, 강판 중의 인의 함량을 0.02 중량%이하로 유지시킨다.
황(S)
황(S)은 미세 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킬 수 있다. 다만, 황의 함량이 0.005 중량%를 초과할 경우, MnS 개재물 수 증가로 인해 굽힘성 저하 및 수소 취화 발생부로 작용할 수 있다. 따라서, 강판 중의 황의 함량을 0.005 중량% 이하로 유지시킨다.
알루미늄( Αl )
상기 알루미늄(Al)은 페라이트 안정화 원소로서, 페라이트를 청정하게 해줌으로써, 연성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 저온역 탄화물 형성을 억제함으로써, 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다.
알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 0.001 ~ 1.000 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 강판 전체 중량의 0.001 중량% 미만일 경우에는 상기의 탈산 효과를 제대로 발휘하기 어려우며 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 강판 전체 중량의 1.000 중량%를 초과할 경우에는 제강 및 연주 조업시 개재물이 과다 형성되며, 도금표면에 불량이 발생하는 문제를 야기할 수 있다.
크롬( Cr )
상기 크롬(Cr)은 저온역 상부 베이나이트 영역 확대 원소로써 본 발명의 강판에서 베이나이트 조직 발달을 유도하고, 안정화된 잔류 오스테나이트의 형성을 촉진하는 목적으로 포함된다.
상기 크롬은 상기 강 슬래브 전체중량에 대하여 0.1 ~ 1.0 중량% 포함된다. 상기 범위로 포함시 강도 및 성형성이 동시에 우수할 수 있다. 상기 크롬을 0.1 중량% 미만으로 포함시 잔류 오스테나이트 및 강도의 확보가 어렵고, 1.0 중량%를 초과하여 첨가시 경제성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.
몰리브덴( Mo )
몰리브덴(Mo)은 경화능 증가를 통해 강도 향상에 기여하며 입계 취성을 억제 하는 효과를 가져온다. 몰리브덴은 탄소와의 강한 인력으로 입계에 Fe23(C,B) 석출물 형성을 억제함으로써 보론(B)의 경화능 효과를 강화한다. 또한 입계 P 편석을 억제하고 입계를 강화시킴으로써 마르텐사이트 취성파단을 억제하는 효과를 가져 온다. 몰리브덴은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 중량% 이상 첨가될 때, 강도 향상 및 입계 강화 효과에 기여한다. 다만, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.5중량%를 초과할 경우 그 효과가 포화되어 경제성이 저하되므로, 몰리브덴 함량은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.5 중량% 인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 고장력 용융도금강판 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 일 실시 예에 있어서, 고장력 용융도금강판 제조방법은, 슬라브 재가열 단계(S10), 열간압연단계(S20), 냉간압연단계(S30), 1차 열처리단계(S40), 2차 열처리단계(S50) 및 용용도금단계(S60)를 포함한다.
도 1을 참조하면, S10 단계는 슬라브를 1150℃~1250℃의 온도에서 재가열하는 단계이다. 좀 더 구체적으로 상기 단계는 중량%로, 탄소(C): 0.05%~0.25%, 실리콘(Si): 0.1%~3.0%, 망간(Mn) : 2.0%~5.0%, 인(P): 0초과 0.02%이하, 황(S): 0초과 0.005%이하, 알루미늄(Al): 0.001%~1.000%, 크롬(Cr): 0.1%~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.01%~0.5%, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 1150℃~1250℃의 온도에서 재가열하는 단계이다. 슬라브 재가열 온도가 1150℃ 미만일 경우, 압연 부하가 과도하게 증가할 수 있다. 한편, 슬라브 재가열 온도가 1250℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화로 강판의 물성이 저하될 수 있다.
S20 단계는 상기 슬라브를 열간압연하는 단계이다. 구체적으로 상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도 (Finishing Delivery Temperature : FDT)인 AC3 초과 1000℃ 이하에서 열간압연 할 수 있다. 상기 발명에서 열간 마무리 압연 온도가 AC3 이하일 경우, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생할 수 있으며, 1000℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화로 강판의 물성이 저하될 수 있다.
이후, 상기 열간 압연된 슬라브를 냉각속도 30 ~ 150℃/s로 냉각하여, 500℃ ~ 650℃까지 냉각하여 열연강판을 제조한다. 상기 냉각종료온도가 500℃ 미만일 경우, 열연재 강도가 증가하여 냉간 압연 시 압하율 증가로 바람직하지 않으며, 650℃를 초과할 경우, 펄라이트 밴드가 생성되므로 탈탄이 발생하기 어렵다. 그 결과, 상기 열연 강판은 마르텐사이트 또는 베이나이트를 포함할 수 있다.
S30 단계는 열연 강판을 냉간압연하는 단계이다. 상세하게는, 먼저 열연 강판을 산세 처리한 후, 냉간 압연한다. 냉간 압연은 약 40~70%의 압하율로 수행될 수 있다.
S40 단계는 냉간 압연된 강판을 1차 열처리하는 단계이다. 구체적으로 상기 냉간 압연된 강판을 가열로 내 산소 분압 10-24atm ~10-19atm에서, 500~650℃로 가열하여 상기 냉간 압연된 강판을 산화시켜 상부에 산화철 층을 형성할 수 있다. 가열로 내 산소 분압 10-24atm ~10-19atm 은 500~650℃에서의 평형산소분압보다 크기 때문에 르샤틀리 원리에 의해 산화 반응이 발생하게 된다. 또한, 산화가 진행되는 동안 강판의 상부에 Mn 또는 Si의 산화물이 일부 존재할 수 있으나 상기 산화철 층에 의해 피복될 수 있다.
S50 단계는 1차 열처리된 강판을 2차 열처리하는 단계이다. 구체적으로 상기 1차 열처리된 강판을 유지로 내 산소 분압 10-24atm ~10-19atm에서, 750~900℃로 가열하여 상기 강판의 표층 탈탄층을 생성하고 상기 산화철 층을 환원시킬 수 있다. 산화물의 평형 산소 분압은 온도에 따라 증가하므로 유지로 내 산소 분압을 10-24atm ~10-19atm로 유지함으로써 분위기 변경 없이 환원 분위기로 변경함으로써 산화철 층을 환원시킬 수 있다. 동시에, 산소와 강판의 표층 탄소가 반응하여 표층 탈탄층을 생성할 수 있다. 상기 표층 탈탄층은 연질 조직인 페라이트를 형성하여 내부 조직에 관계없이 우수한 굽힘성을 확보할 수 있다.
이후에 2차 열처리 된 강판을 냉각속도 5 ~ 50℃/s으로 냉각한다.
S60 단계는 상기 냉각된 강판을 용융도금한다. 본 용융도금 공정은 상기 냉각된 판재를 용융 아연 도금욕에 침지하여 진행될 수 있다. 상기 용융도금 공정은 상기 산화철이 환원되어 형성되는 환원 Fe 상부에 용융도금층을 형성하는 과정으로 진행될 수 있다. 이와 같이, 상기 용융도금층은 환원된 Fe 상부에 생성됨으로써 도금품질을 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세하게 나타내는 바람직한 실시예를 개시하도록 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 본 발명의 사상이 하기의 실시 예에 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
표 1의 주요 조성 및 표 2의 공정 조건에 따라, 실시예 1 내지 2 및 비교예의 시편을 제조하였다.
구분 성분(wt.%)
C Si Mn S P Al Cr Mo
실시예1 0.152 0.17 2.22 0.0021 0.0151 0.031 0.036 0.082
실시예2 0.149 1.23 2.25 0.0017 0.0128 0.028 0.032 0.079
비교예 0.149 1.23 2.25 0.0017 0.0128 0.028 0.032 0.079
구분 소둔 열처리
가열온도
(℃)
가열로 산소분압
(atm)
유지온도
(℃)
유지로 산소분압
(atm)
실시예1 600 10-20 800 10-20
실시예2 600 10-20 800 10-20
비교예 600 10-17 800 10-17
본 발명의 상술한 제조 공정을 따르되, 소둔 열처리 공정이 서로 차별되도록 진행되었다. 실시예1, 2의 시편의 경우 가열로 600℃에서, 산소분압 10-20에서 1차 열처리를 수행한 후에, 유지로 800℃에서, 산소분압 10-20에서 2차 열처리를 수행하였으며, 비교예의 시편의 경우, 600℃에서, 산소분압 10-17에서 1차 열처리를 수행한 후에, 유지로 800℃에서, 산소분압 10-17에서 2차 열처리를 수행하였다.
상기 제조된 실시예 1, 2 및 비교예의 고강도 용융도금강판의 탈탄 깊이, 표면결함, 인장강도(MPa), 항복강도(MPa), 연신율(%) 및 굽힘성을 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
굽힘성(R/t)의 경우, 아래와 같이 4 단계로 평가하였다. 굽힘성이 우수한 순서로, ◎, △, ◇, × 로 표기하였다.
0.1≤R/t<0.5 : ◎
0.5≤R/t<1.0 : △
1.0≤R/t<1.5 : ◇
1.5< R/t : ×
구분 탈탄깊이
(㎛)
표면결함 물성 굽힘성
(R/t)
YP(MPa) TS(MPa) EL(%)
실시예1 3.2 752 1032 13.1
실시예2 3.9 772 1048 14.9
비교예 768 1041 15.1
상기 표3의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1,2의 시편은 인장강도 900MPa 이상, 표면결함이 없으며, 고 굽힘성을 만족하고 있음을 확인할 수 있다.
실시예 1, 2 및 비교예를 비교하면, 소둔 열처리시 가열로 및 유지로의 산소분압 10-17 atm에서 진행한 경우, 산소분압 10-20 atm에서 진행한 경우와 대비하여 표면결함이 발생하고, 굽힘성 특성이 저하된 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 개시된 실시예 뿐만 아니라, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예로 부터 도출할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. (a) 중량%로서, 탄소(C): 0.05%~0.25%, 실리콘(Si): 0.1%~3.0%, 망간(Mn) : 2.0%~5.0%, 인(P): 0초과 0.02%이하, 황(S): 0초과 0.005%이하, 알루미늄(Al): 0.001%~1.000%, 크롬(Cr): 0.1%~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.01%~0.5%, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브를 1150℃~1250℃의 온도로 재가열하는 단계;
    (b) 상기 재가열한 슬라브를 AC3 초과 1000℃이하의 온도에서 열간압연하고, 상기 열간압연된 강판을 500~650℃의 온도로 냉각하여 열연강판을 제조하는 단계;
    (c) 상기 열연강판을 산세 후 냉간압연하는 단계;
    (d) 상기 냉간압연된 강판을 산소 분압 10-24atm ~10- 19atm 에서, 가열로에서 500~650℃로 가열하여 1차 열처리하는 단계;
    (e) 상기 1차 열처리된 강판을 산소 분압 10-24atm ~10-19atm에서, 유지로에서 750~900℃로 가열하여 2차 열처리하는 단계;
    (f) 상기 2차 열처리된 강판을 냉각하는 단계; 및
    (g) 상기 냉각된 강판을 용융도금하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장력 용융도금강판의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    (d) 단계의 상기 1차 열처리는 상기 냉간압연된 강판을 산화시켜 상부에 산화철 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고장력 용융도금강판의 제조방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    (e) 단계의
    상기 2차 열처리는 상기 1차 열처리된 강판의 표층 탈탄층을 생성하고 상기 산화철 층을 환원시키는 것을 특징으로 하는 고장력 용융도금강판의 제조방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    (g) 단계는
    상기 산화철이 환원되어 형성되는 환원 Fe 상부에 용융도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고장력 용융도금강판의 제조방법.
  5. 중량%로서, 탄소(C): 0.05%~0.25%, 실리콘(Si): 0.1%~3.0%, 망간(Mn) : 2.0%~5.0%, 인(P): 0초과 200ppm이하, 황(S): 0초과 50ppm이하, 알루미늄(Al): 0.001%~1.000%, 크롬(Cr): 0.1%~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.01%~0.5%, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 표면에 표면 탈탄층, 환원 Fe 및 도금층이 순차적으로 형성되며, 상기 표면 탈탄층은 페라이트를 포함하며, 인장강도 980MPa이상, 굽힘성(R/t)는 0.1 이상 0.5 미만을 만족하는 고장력 용융도금강판.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 도금층은 용융아연도금층인 것을 특징으로 하는 고장력 용융도금강판.
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