KR101899670B1 - 저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강 및 그 제조방법 - Google Patents

저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

중량%로, C: 0.05~0.14%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 1.0~3.0%, sol.Al: 0.01~0.1%, Cr: 0.005~1.0%, Mo: 0.003~0.3% , P: 0.001~0.05%, S: 0.01% 이하, N: 0.001~0.01%, Nb: 0.005~0.06%, Ti: 0.005~0.13%, V: 0.003~0.2%, B: 0.0003~0.003%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 2에 의해 정의되는 [C]*이 0.022 이상 0.10 이하이며, 그 미세 조직에 있어서, 페라이트 및 베이나이트의 면적율의 합이 97~99%이고, MA(Martensite and Austenite)의 면적율이 1~3%이며, 직경 10μm 이상의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×104개/cm2 이하(0개/cm2 포함)이고, 직경 10μm 미만의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×108개/cm2 이상인 고강도 복합조직강이 개시된다.
[식 1] [C]* = ([C]+[N]) - ([C]+[N]) × S
[식 2] S = ([Nb]/93+[Ti]/48+[V]/51+[Mo]/96)/([C]/12+[N]/14)
(여기서, [C], [N], [Nb], [Ti], [V] 및 [Mo] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)

Description

저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강 및 그 제조방법 {HIGH STRENGTH MULTI-PHASE STEEL HAVING EXCELLENT BURRING PROPERTY AT LOW TEMPERATURE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자동차 샤시 부품의 멤버류, 로어암, 보강재, 연결재 등으로 바람직하게 사용될 수 있는 저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 샤시 부품용 열연강판으로는 페라이트-베이나이트 2상 복합조직강이 주로 이용되며, 관련 기술로는 특허문헌 1 내지 3이 있다. 그런데, 이러한 복합조직강을 제조하기 위해 주로 활용되는 Si, Mn, Al, Mo, Cr 등의 합금 성분은 열연강판의 강도와 신장 플랜지성을 향상시키는데 효과적이지만 지나치게 많이 첨가될 경우 합금 성분의 편석과 미세조직의 불균일을 초래하여 되려 신장 플랜지성이 열화될 수 있다. 특히, 경화능이 높은 강은 미세조직이 냉각 조건에 따라 민감하게 변화되며, 만약 저온 변태조직상이 불균일하게 형성될 경우 실장 플랜지성이 열화될 수 있다. 또한, 고강도를 얻기 위해 Ti, Nb, V 등의 석출물 형성 원소를 과도하게 활용하게 되면, 강 중 고용 C, N의 함량이 감소하여 높은 BH값을 얻기 어렵고 경제적으로도 불리하게 된다.
일본 공개특허공보 특개평06-293910호 한국 등록특허공보 제10-1114672호 한국 공개특허공보 제10-2013-7009196호
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강과 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 중량%로, C: 0.05~0.14%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 1.0~3.0%, sol.Al: 0.01~0.1%, Cr: 0.005~1.0%, Mo: 0.003~0.3% , P: 0.001~0.05%, S: 0.01% 이하, N: 0.001~0.01%, Nb: 0.005~0.06%, Ti: 0.005~0.13%, V: 0.003~0.2%, B: 0.0003~0.003%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 2에 의해 정의되는 [C]*이 0.022 이상 0.10 이하이며, 그 미세 조직에 있어서, 페라이트 및 베이나이트의 면적율의 합이 97~99%이고, MA(Martensite and Austenite)의 면적율이 1~3%이며, 직경 10μm 이상의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×104개/cm2 이하(0개/cm2 포함)이고, 직경 10μm 미만의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×108개/cm2 이상인 고강도 복합조직강을 제공한다.
[식 1] [C]* = ([C]+[N]) - ([C]+[N]) × S
[식 2] S = ([Nb]/93+[Ti]/48+[V]/51+[Mo]/96)/([C]/12+[N]/14)
(여기서, [C], [N], [Nb], [Ti], [V] 및 [Mo] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)
본 발명의 다른 측면은, 중량%로, C: 0.05~0.14%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 1.0~3.0%, sol.Al: 0.01~0.1%, Cr: 0.005~1.0%, Mo: 0.003~0.3% , P: 0.001~0.05%, S: 0.01% 이하, N: 0.001~0.01%, Nb: 0.005~0.06%, Ti: 0.005~0.13%, V: 0.003~0.2%, B: 0.0003~0.003%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 2에 의해 정의되는 [C]*이 0.022 이상 0.10 이하이며, 하기 관계식 1을 만족하는 슬라브를 재가열하는 단계, 상기 재가열된 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계, 상기 열연강판을 10~70℃/sec의 속도로 500~700℃의 1차 냉각 종료 온도까지 1차 냉각하는 단계, 상기 1차 냉각된 열연강판을 상기 1차 냉각 종료 온도에서 3~10초 동안 공냉하는 단계, 상기 공냉된 열연강판을 10~70℃/sec의 속도로 400~550℃의 2차 냉각 종료 온도까지 2차 냉각하는 단계, 상기 2차 냉각된 열연강판을 상기 2차 냉각 종료 온도에서 권취하는 단계, 및 상기 권취된 열연강판을 25℃/hour 이하(0℃/hour 제외)의 속도로 200℃ 이하까지 3차 냉각하는 단계를 포함하는 고강도 복합조직강의 제조방법을 제공한다.
[식 1] [C]* = ([C]+[N]) - ([C]+[N]) × S
[식 2] S = ([Nb]/93+[Ti]/48+[V]/51+[Mo]/96)/([C]/12+[N]/14)
[관계식 1] [Mn]+2.8[Mo]+1.5[Cr]+500[B] ≤ 4.0
(여기서, [C], [N], [Nb], [Ti], [V], [Mo], [Mn], [Cr] 및 [B] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)
본 발명의 여러 효과 중 하나로서, 본 발명에 따른 고강도 복합조직강은 저온역 버링성이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 발명예와 비교예의 인장강도와 HER 간의 관계를 그래프화하여 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 일 측면인 저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 고강도 복합조직강의 합금 성분 및 바람직한 함량 범위에 대해 상세히 설명한다. 후술하는 각 성분의 함량은 특별히 언급하지 않는 한 모두 중량 기준임을 미리 밝혀둔다.
C: 0.05~0.14%
C는 강을 강화시키는데 가장 경제적이고 효과적인 원소로써, 그 함량이 증가함에 따라 석출 강화 효과 또는 베이나이트 분율 증가 효과에 의해 인장강도가 증가하게 된다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 마르텐사이트가 다량 형성되어 강도가 과도하게 상승되고, 성형성 및 내충격 특성이 열화되며, 용접성 또한 열화된다. 이를 방지하기 위해서는 C 함량의 상한을 0.14%로 한정함이 바람직하고, 0.12%로 한정함이 보다 바람직하며, 0.10%로 한정함이 보다 더 바람직하다.
Si: 0.01~1.0%
Si은 용강을 탈산시키고, 고용 강화에 의해 강의 강도를 향상시키며, 조대한 탄화물 형성을 지연시켜 성형성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 열간압연시 강판 표면에 Si에 의한 붉은색 스케일이 형성되어 강판 표면 품질이 매우 나빠질 뿐만 아니라, 연성 및 용접성이 저하되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해서는 Si 함량의 상한을 1.0%로 한정함이 바람직하다.
Mn: 1.0~3.0%
Mn은 Si와 마찬가지로 강을 고용 강화 시키는데 효과적인 원소이며, 강의 경화능을 증가시켜 열연 후 냉각 중 베이나이트의 형성을 용이하게 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 1.0% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 1.2% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 경화능이 크게 증가하여 마르텐사이트 변태가 일어나기 쉽고, 판 두께 방향으로 미세조직이 불균일하게 형성되어 신장플랜지성이 열화되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해서는 Si 함량의 상한을 3.0%로 한정함이 바람직하고, 2.5%로 한정함이 보다 바람직하다.
sol.Al: 0.01~0.1%
sol.Al은 주로 탈산을 위해 첨가되는 성분으로, 충분한 탈산 효과를 기대하기 위해서는 0.01% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 질소와 결합하여 AlN이 형성되어 연속주조시 슬라브에 코너 크랙이 발생하기 쉬우며, 개재물 형성에 의한 결함이 발생하기 쉽다. 이를 방지하기 위해서는 sol.Al의 함량의 상한을 0.1%로 한정함이 바람직하고, 0.06%로 한정함이 보다 바람직하다.
Cr: 0.005~1.0%
Cr은 강을 고용강화시키며, 냉각시 페라이트 상변태를 지연시켜, 베이나이트 형성을 돕는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.005% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 0.008% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 페라이트 변태를 과도하게 지연시켜 마르텐사이트가 형성되며, 이에 따라 강의 연성이 열화되게 된다. 또한 Mn과 유사하게 판 두께 중심부에서 편석부를 크게 발달시켜 두께 방향 미세조직을 불균일하게 하여 신장 플랜지성이 열화되게 된다. 이를 방지하기 위해서는 Cr 함량의 상한을 1.0%로 한정함이 바람직하고, 0.8%로 한정함이 보다 바람직하다.
Mo: 0.003~0.3%
Mo은 강의 경화능을 증가시켜 베이나이트 형성을 용이하게 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.003% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 과도한 소입성 증가로 마르텐사이트가 형성되어 성형성이 급격히 열화되며, 또한 경제적 측면이나 용접성 측면에도 불리함이 있다. 이를 방지하기 위한 측면에서 Mo 함량의 상한은 0.3%로 한정함이 바람직하고, 0.2%로 한정함이 보다 바람직하며, 0.1%로 한정함이 보다 더 바람직하다.
P: 0.001~0.05%
P는 Si와 마찬가지로 고용강화 및 페라이트 변태 촉진 효과를 동시에 가진다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.001% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 입계 편석에 의한 취성이 발생되며 성형시 미세 균열이 발생되기 쉽고, 연성, 신장 플랜지성 및 내충격 특성을 크게 열화시킨다. 이를 방지하기 위한 측면에서 P 함량의 상한은 0.05%로 한정함이 바람직하고, 0.03%로 한정함이 보다 바람직하다.
S: 0.01% 이하
S는 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로써, 그 함량이 과다할 경우 Mn 등과 결합하여 비금속 개재물을 형성하며, 이에 따라 강의 절단 가공시 미세 균열이 발생하기 쉽고, 신장 플랜지성과 내충격 특성을 크게 떨어뜨리는 문제가 있다. 이를 방지하기 위한 측면에서 S 함량의 상한은 0.01%로 한정함이 바람직하며, 0.005%로 한정함이 보다 바람직하다. 한편, 본 발명에서는 S 함량의 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, S 함량을 0.001% 미만으로 낮추기 위해서는 제강 조업시 시간이 지나치게 많이 소요되어 생산성이 저하될 수 있는 바, 이를 고려할 때 0.001%로 한정할 수는 있다.
N: 0.001~0.01%
N은 C와 더불어 대표적인 고용강화 원소로써, Ti, Al 등과 함께 조대한 석출물을 형성한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.001% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 한편, N의 고용강화 효과는 탄소보다 우수하나, 강 중 N 함량이 과다할 경우 인성이 크게 저하되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해서는 N 함량의 상한은 0.01%로 한정함이 바람직하고, 0.005%로 한정함이 보다 바람직하다.
Nb: 0.005~0.06%
Nb는 Ti, V와 함께 대표적인 석출강화 원소로써, 열간압연 중 석출하여 재결정 지연을 통해 결정립을 미세화하며, 이를 통해 강의 강도 및 충격인성을 개선하는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.005% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 0.01% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 열간압연 중 지나친 재결정 지연으로 연신된 결정립이 형성되고, 조대한 복합 석출물이 형성되어 신장 플랜지성을 열위하게 하는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해선는 Nb 함량의 상한을 0.06%로 한정함이 바람직하고, 0.04%로 한정함이 보다 바람직하다.
Ti: 0.005~0.13%
Ti는 Nb, V와 함께 대표적인 석출강화 원소이며, N과의 강한 친화력으로 강중 조대한 TiN을 형성한다. 이러한 TiN은 열간압연을 위한 가열 과정에서 결정립이 성장하는 것을 억제하는 역할을 한다. 한편, N와 반응하고 남은 Ti는 강 중 고용되어 C와 결합함으로써 TiC 석출물을 형성하며, 이러한 TiC는 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.005% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 0.05% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 조대한 TiN 형성 및 석출물의 조대화로 성형시 신장 플랜지성이 열화될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 Ti 함량의 상한을 0.13%로 한정함이 바람직하다.
V: 0.003~0.2%
V는 Nb, Ti와 함께 대표적인 석출강화 원소이며, 권취 이후 석출물을 형성하여 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.003% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 조대한 복합 석출물이 형성되어 신장 플랜지성이 열화되며, 경제적으로도 불리하다. 이를 방지하기 위해서는 V 함량의 상한을 0.2%로 한정함이 바람직하고, 0.15%로 한정함이 보다 바람직하다.
B: 0.0003~0.003%
B는 강 중 고용 상태로 존재할 경우 결정립계를 안정시켜 저온역에서의 강의 취성을 개선하는 효과가 있으며, 고용 N과 함께 BN을 형성하여 조대한 질화물 형성을 억제하는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.0003% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 열연 중 재결정 거동을 지연시키며, 페라이트 변태를 지연시켜 석출강화 효과가 감소된다. 이를 방지하기 위해서는 B 함량의 상한을 0.003%로 한정함이 바람직하고, 0.002%로 한정함이 보다 바람직하다.
상기 조성 이외에 나머지는 Fe이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불가피한 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다. 한편, 상기 조성 이외에 유효한 성분의 첨가가 배제되는 것은 아니다.
한편, 상기와 같은 성분범위를 갖는 강재의 합금설계시, 하기 식 1 및 2에 의해 정의되는 [C]*이 0.022 이상 0.10 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하며, 0.022 이상 0.070 이하가 되도록 제어하는 것이 보다 바람직하며, 0.022 이상 0.045 이하가 되도록 제어하는 것이 보다 더 바람직하다. [C]*는 강 중 고용 탄소 및 질소 함량을 환산한 식으로써, 그 값이 지나치게 낮을 경우 소부경화능이 열화될 우려가 있으며, 반면, 그 값이 지나치게 높을 경우 저온역 버링성이 열화될 우려가 있다.
[식 1] [C]* = ([C]+[N]) - ([C]+[N]) × S
[식 2] S = ([Nb]/93+[Ti]/48+[V]/51+[Mo]/96)/([C]/12+[N]/14)
(여기서, [C], [N], [Nb], [Ti], [V] 및 [Mo] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)
또한, 상기와 같은 성분범위를 갖는 강재의 합금설계시, C, N, Nb, Ti, V 및 Mo의 함량은 하기 관계식 1의 값은 4.0 이하로 제어하는 것이 바람직하고, 3.95 이하로 제어하는 것이 보다 바람직하다. 하기 관계식 2는 강중 MA(Martensite and Austenite) 형성을 적정 수준으로 유지할 수 있는 합금 원소의 조합을 인자화한 것으로, 강중 MA는 주변의 높은 전위 밀도를 형성하여 소부경화능을 증가시키지만, 강의 저온 타발 및 성형시 균열 발생을 초래하고, 균열의 전파를 촉진하여 저온역 버링성을 크게 열화시킬 수 있다. 한편, 관계식 1의 값이 낮을수록 저온역 버링성 개선에 유리한 바, 본 발명에서는 그 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
[관계식 1] [Mn]+2.8[Mo]+1.5[Cr]+500[B] ≤ 4.0
(여기서, [Mn], [Mo], [Cr] 및 [B] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)
이하, 본 발명의 고강도 복합조직강의 미세조직에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 고강도 복합조직강은 그 미세조직으로, 페라이트 및 베이나이트 포함하며, 페라이트 및 베이나이트의 면적율의 합은 97~99%일 수 있다. 페라이트 및 베이나이트의 면적율의 합이 상기와 같은 범위로 제어될 경우 목표로 하는 강의 강도와 연성, 저온역 버링성 및 소부경화성을 용이하게 확보할 수 있으며, 이에 본 발명에서는 페라이트 및 베이나이트 각각의 면적율에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
다만, 제한되지 않는 일 예를 들자면, 페라이트는 강의 연성 확보 및 미세 석출물 형성에 도움이 되는 점에서, 페라이트의 면적율은 60% 이상으로 한정할 수 있으며, 베이나이트는 강의 강도 및 소부경화성 확보에 도움이 되는 점에서, 이를 고려할 때 베이나이트의 면적율은 10% 이상으로 한정할 수 있다.
페라이트 및 베이나이트 외 잔부는 MA(Martensite and Austenite)로써, 그 면적율은 1~3%일 수 있다. MA의 면적율이 1% 미만일 경우 소부경화성이 열화될 수 있으며, 반면, 3%를 초과할 경우 저온역 버링성이 열화될 수 있다.
MA 중 오스테나이트는 주변에 형성되는 높은 전위밀도로 인해 소부경화능 확보에 효과적이나, 페라이트나 베이나이트에 비해 C 함량이 높고, 경도가 높아 저온역 버링성에 불리하며, 특히 직경이 10μm 이상으로 조대한 오스테나이트는 저온역 버링성을 크게 열화시킨다. 이에, 직경 10μm 이상의 오스테나이트가 형성되는 것을 최대한 억제함이 바람직하다. 본 발명에서는 직경 10μm 이상의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×104개/cm2 이하(0개/cm2 포함)로 한정하며, 직경 10μm 미만의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×108개/cm2 이상으로 한정한다. 한편, 여기서 직경이란 강의 일 단면을 관찰하여 검출한 입자들의 원 상당 직경(equivalent circular diameter)을 의미한다.
본 발명의 고강도 복합조직강은 인장강도가 높은 장점이 있으며, 일 예에 따르면, 인장강도가 590MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 고강도 복합조직강은 저온역 버링성이 우수한 장점이 있으며, 일 예에 따르면, -30℃에서 HER(Hole Expanding Ratio)와 인장강도의 곱이 30,000MPa·% 이상일 수 있다.
본 발명의 고강도 복합조직강은 소부경화성이 우수한 장점이 있으며, 일 예에 따르면, 소부경화능(BH)이 40MPa 이상일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 고강도 복합조직강은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 바람직한 일 예로써, 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 저온역 버링성이 우수한 고강도 복합조직강의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 전술한 성분계를 갖는 슬라브를 재가열한다.
일 예에 따르면, 슬라브 재가열 온도는 1200~1350℃일 수 있다. 만약, 재가열 온도가 1200℃ 미만인 경우 석출물이 충분히 재고용되지 않아 열연 후 공정에서 석출물의 형성이 감소하게 되며, 조대한 TiN이 잔존하게 된다. 반면, 1350℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립의 이상입성장에 의해 강도가 저하될 수 있다.
다음으로, 재가열된 슬라브를 열간압연한다.
일 예에 따르면, 열간압연은 850~1150℃의 온도 범위에서 실시될 수 있다. 만약, 1150℃보다 높은 온도에서 열간압연을 개시하면 열연강판의 온도가 지나치게 높아져 결정립 크기가 조대해지고, 열연강판의 표면품질이 열화될 수 있다. 또한, 850℃보다 낮은 온도에서 열간압연을 종료하면 지나친 재결정 지연에 의해 연신된 결정립이 발달하여 이방성이 심해지고, 성형성도 열화될 수 있다.
다음으로, 열연강판을 1차 냉각한다.
이때, 1차 냉각 종료 온도는 550~700℃인 것이 바람직하고, 600~670℃인 것이 보다 바람직하다. 후술할 바와 같이, 본 발명에서는 1차 냉각 종료 후 공냉 단계를 거치게 되는데 이때 강의 연성을 확보하는데 필요한 페라이트가 먼저 형성되고, 이러한 페라이트의 입내에는 미세 석출물이 형성되어 저온역 버링성에는 영향을 미치지 않으면서도 강의 강도를 확보할 수 있게 된다. 만약, 1차 냉각 종료 온도가 지나치게 낮을 경우 후속 단계인 공냉 단계에서 미세한 석출물이 효과적으로 발달하지 못해 강도가 저하될 수 있으며, 반면, 지나치게 높을 경우 페라이트가 충분히 발달하지 못하거나 MA가 지나치게 많이 형성되어 강의 연성과 저온역 버링성이 열화될 수 있다.
한편, 1차 냉각시 냉각속도는 10~70℃/sec인 것이 바람직하고, 15~50℃/sec인 것이 보다 바람직하며, 20~45℃/sec인 것이 보다 바람직하다. 냉각속도가 지나치게 낮을 경우 페라이트 상분율이 지나치게 낮아질 수 있으며, 반면 지나치게 높을 경우 미세한 석출물 형성이 부족하게 된다.
다음으로, 1차 냉각된 강판을 1차 냉각 종료 온도에서 공냉한다.
이때, 공냉 시간은 3~10초인 것이 바람직하다. 만약, 공냉 시간이 지나치게 짧을 경우 페라이트가 충분히 형성되지 못해 연성이 열화될 수 있으며, 반면, 지나치게 길 경우 베이나이트가 충분히 형성되지 못해 강도 및 소부경화성이 열화될 수 있다.
다음으로, 공냉된 강판을 2차 냉각한다.
이때, 2차 냉각 종료 온도는 400~550℃인 것이 바람직하고, 450~550℃인 것이 보다 바람직하다. 만약, 2차 냉각 종료 온도가 지나치게 높을 경우 베이나이트가 충분히 형성되지 않아 강의 강도 확보가 어려울 수 있으며, 반면, 지나치게 낮을 경우 강중 베이나이트가 필요 이상으로 다량 형성되어 강의 연성이 크게 감소하며, MA 또한 형성되어 저온역 버링성이 열화된다.
한편, 2차 냉각시 냉각속도는 10~70℃/sec인 것이 바람직하고, 15~50℃/sec인 것이 보다 바람직하며, 20~25℃/sec인 것이 보다 더 바람직하다. 냉각속도가 지나치게 낮을 경우 기지조직의 결정립이 조대해지고, 미세조직이 불균일해질 수 있으며, 반면, 지나치게 높을 경우 MA가 형성되기 쉬어 저온역 버링성이 열화될 수 있다.
다음으로, 2차 냉각된 열연강판을 2차 냉각 종료 온도에서 권취한 후, 3차 냉각한다.
3차 냉각시 냉각속도는 25℃/hour 이하(0℃/hour 제외)인 것이 바람직하고, 10℃/hour 이하(0℃/hour 제외)인 것이 보다 바람직하다. 냉각속도가 지나치게 높을 경우 강중 MA가 다량 형성되어 저온역 버링성이 열화될 수 있다. 한편, 3차 냉각시 냉각속도가 느릴수록 강중 MA 형성 억제에 유리한 바 본 발명에서는 그 하한에 대해서는 특별히 한정하지 아니하나, 냉각속도를 0.1℃/hour 미만으로 제어하기 위해서는 별도의 가열설비 등이 필요하여 경제적으로 불리할 수 있는 바, 이를 고려할 때, 그 하한을 0.1℃/hour로 한정할 수는 있다.
한편, 본 발명에서는 3차 냉각 종료 온도에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 강의 상변태가 완료되는 온도 이하까지 3차 냉각이 유지되면 족하다고 할 것이다. 제한되지 않는 일 예를 들자면, 3차 냉각 종료 온도는 200℃ 이하일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1 및 2의 조성을 갖는 강 슬라브를 1250℃로 재가열한 후, 표 2의 조건 하 열간압연하여 열연강판을 얻고, 1차 냉각, 공냉, 2차 냉각, 권취 및 3차 냉각을 순차로 실시하였다. 각각의 실시예에 있어서, 1차 및 2차 냉각 속도는 20~25℃/sec의 범위로 실시하였고, 1차 냉각 종료 온도는 650℃로, 공냉 시간은 5초로 일정하게 하였다. 표 3에서 FDT는 열간 마무리 압연 종료 온도, CT는 2차 냉각 종료 온도(권취 온도)를 의미한다.
이후, 제조된 열연강판의 미세조직을 분석하고, 기계적 물성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
표 4에서 강중 MA의 면적분율은 Lepera 에칭법으로 에칭한 후 광학현미경과 Image 분석기를 이용하여 측정하였으며, 1000배율에서 분석한 결과이다. 또한, Austenite의 크기와 개수는 EBSD를 이용해 측정하였으며, 3000배율에서 분석한 결과이다.
또한, 표 4에서, YS, TS, T-El은 각각 0.2% off-set 항복강도, 인장강도 및 파괴연신율을 의미하며, JIS 5호 규격 시험편을 압연 방향에 직각 방향으로 시편 채취하여 실험한 결과이다. 또한, HER 평가는 JFST 1001-1996 규격을 기준으로 실시한 결과로써, 3회 실시 후 평균한 값이다. 여기서 상온 및 -30℃에서의 HER 평가 결과는 초기 구멍의 펀칭과 구멍 확장 시험을 각각 25℃ 및 -30℃에서 실시한 결과이다. BH는 JIS 규격의 인장시험편(JIS 5호)을 압연 방향의 직각 방향으로 제작하여 평가한 결과로써, 상기 인장시험편을 2% 인장변형을 가한 후, 170℃에서 20분 간 열처리한 후 인장시험 하였으며, BH는 인장시험시 측정된 하부 항복강도 또는 0.2% offset 항복강도와 2% 인장변형시 측정된 강도값과의 차이이다.
비고 합금 조성 (중량%)
C Si Mn Cr sol.Al P S N
비교예1 0.045 0.03 1.4 0.01 0.03 0.01 0.003 0.004
비교예2 0.06 0.3 1.3 0.05 0.03 0.01 0.003 0.003
비교예3 0.07 0.01 1.8 0.8 0.03 0.01 0.003 0.004
비교예4 0.07 0.5 2.1 0.5 0.04 0.01 0.002 0.005
비교예5 0.13 0.1 1.8 0.01 0.04 0.01 0.003 0.003
비교예6 0.08 0.02 2.2 0.6 0.03 0.01 0.003 0.004
비교예7 0.125 0.3 2.6 0.5 0.03 0.01 0.003 0.004
비교예8 0.06 0.1 2.4 0.5 0.03 0.01 0.003 0.003
비교예9 0.06 0.1 2.4 0.5 0.03 0.01 0.003 0.003
발명예1 0.06 0.05 1.3 0.5 0.03 0.01 0.003 0.004
발명예2 0.06 0.01 1.5 0.01 0.03 0.01 0.003 0.0042
발명예3 0.05 0.9 1.7 0.7 0.03 0.01 0.003 0.0035
발명예4 0.07 0.3 1.6 0.7 0.03 0.01 0.003 0.004
발명예5 0.075 0.7 1.7 0.7 0.03 0.01 0.003 0.004
발명예6 0.06 0.1 2.4 0.5 0.03 0.01 0.003 0.003
비고 합금 조성 (중량%) [C]* 관계식 1
Mo Ti Nb V B
비교예1 0.03 0.09 0.03 0.005 0.0002 0.017 1.60
비교예2 0.1 0.004 0.05 0.1 0.0003 0.019 1.81
비교예3 0.15 0.09 0.025 0.005 0.0015 0.028 4.17
비교예4 0.1 0.1 0.03 0.006 0.0025 0.032 4.38
비교예5 0.001 0.07 0.02 0.005 0.0004 0.051 2.02
비교예6 0.2 0.04 0.06 0.1 0.001 0.017 4.16
비교예7 0.05 0.06 0.007 0.008 0.0015 0.049 4.38
비교예8 0.004 0.07 0.03 0.004 0.0015 0.040 3.91
비교예9 0.004 0.07 0.03 0.004 0.0015 0.040 3.91
발명예1 0.005 0.085 0.02 0.005 0.0003 0.038 2.21
발명예2 0.003 0.07 0.03 0.005 0.0004 0.041 1.72
발명예3 0.05 0.06 0.03 0.005 0.0005 0.027 3.14
발명예4 0.004 0.1 0.02 0.005 0.0004 0.045 2.86
발명예5 0.004 0.11 0.02 0.1 0.0004 0.024 2.96
발명예6 0.004 0.07 0.03 0.004 0.0015 0.040 3.91
강종 FDT (℃) CT (℃) 3차 냉각속도 (℃/h)
비교예1 904 520 5.5
비교예2 887 495 3.8
비교예3 899 485 11
비교예4 884 455 4
비교예5 885 490 15
비교예6 902 470 5
비교예7 895 504 1.5
비교예8 905 580 12.5
비교예9 899 465 63
발명예1 896 455 8.2
발명예2 901 448 5.5
발명예3 905 452 3.5
발명예4 899 465 10.5
발명예5 899 465 8
발명예6 911 477 2.5
강종 미세조직 기계적 물성
면적분율 (%) A 개수 YS
(MPa)		 TS
(MPa)		 T-El
(%)		 BH
(MPa)		 HER (%)
F B MA 직경
10μm 미만		 직경
10μm
이상		 상온 -30℃
비교예1 88 11 1 8.6X106 1.2X103 534 616 19 23 62 52
비교예2 80 18 2 3.8X107 3.7X103 521 599 19 26 67 55
비교예3 62 34 4 5.1X108 6.5X104 720 815 18 45 46 21
비교예4 59 37 4 7.6X108 8.4X104 766 875 11 52 32 17
비교예5 42 46 12 8.2X1010 9.2X107 723 967 11 53 28 15
비교예6 60 36 4 2.1X109 3.2X105 869 988 10 35 34 18
비교예7 54 38 8 6.2X1010 9.7X106 805 992 10 48 26 12
비교예8 92 5 0 3.8X103 0 655 720 18 5 33 15
비교예9 72 25 3 2.6X109 8.5X104 859 995 10 58 44 19
발명예1 82 17 1 7.3X108 4.8X103 622 705 18 52 68 56
발명예2 79 20 1 6.1X108 6.6X102 586 655 19 56 75 63
발명예3 73 25 2 2.2X108 8.7X103 723 824 17 43 54 48
발명예4 68 31 1 7.3X108 6.1X103 718 815 18 46 52 45
발명예5 61 36 3 5.2X108 4.6X103 803 905 14 47 46 40
발명예6 75 23 2 6.9X108 9.2X103 867 1003 10 52 45 35
* 미세조직에서, F는 페라이트, B는 베이나이트, A는 오스테나이트를 의미함
비교예 1과 비교예 2는 [C]* 값이 본 발명의 범위에 미달하여 본 발명에서 목표로 하는 BH값이 얻어지지 못하였다. 비교예 3과 4는 관계식 1을 만족하지 못한 경우로, 강중 MA상이 과도하게 형성되었음을 확인하였고, 저온에서의 버링성이 열위하였다. 비교예 5는 [C]* 값이 본 발명의 범위를 초과하여 높은 BH값은 얻어졌으나 항복강도가 감소하였으며, 저온에서의 버링성이 열위하였다. 이는 MA상이 증가하였기 때문으로 판단되었다. 비교예 6과 7은 [C]* 값과 관계식 1 값을 모두 만족하지 못한 경우로 비교예 6은 잉여 C, N이 부족하여 BH가 낮은 값을 나타내었으며, 경화능을 높이는 합금원소가 과다하여 저온역 HER도 열위하였다. 또한, 비교예 7은 강중 과잉 C에 의해 MA상이 증가하여 BH값은 높았으나 저온역 버링성이 낮은 것으로 평가되었다.
비교예 8과 9는 본 발명에서 제안한 성분범위와 [C]* 값과 관계식 1 값을 모두 만족하였으나, 제조조건 중 권취온도 또는 권취후 냉각속도가 본 발명의 제안범위를 벗어난 경우이다. 비교예 8은 권취온도가 580℃로 높아서 미세조직 중 베이나이트 상분율이 낮았으며, MA상은 거의 생성되지 않았다. 하지만, 결정립계 부근에서 조대한 탄화물이 관찰되었다. 그 결과, BH값은 매우 낮은 수준을 나타내었고 저온역 버링성도 열위하였다. 비교예 9는 권취 이후에 강제 냉각하여 3차 냉각속도가 63℃/hour인 경우이다. 비교예 9는 미세조직 중 MA상 분율이 다소 높았으며, 특히, 직경 10㎛ 이상의 다소 큰 Austenite상이 많이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이는 권취 이후 높은 냉각속도에 의한 것으로 판단되며, 높은 BH값은 얻어졌으나, 저온역 버링성이 열위하였다.
반면 발명예들은 모두 본 발명에서 제안한 성분범위와 제조조건, [C]* 값과 관계식 1 값을 모두 만족하여 목표로 한 재질을 모두 확보하였다.
한편, 도 1은 발명예 1 내지 6과 비교예 1 내지 7의 인장강도와 HER의 관계를 그래프화하여 나타낸 것으로, 본 발명에서 제안하는 조건을 만족하는 발명예들은 모두 -30℃에서 HER(Hole Expanding Ratio)와 인장강도의 곱이 30,000MPa·% 이상인 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (7)

  1. 중량%로, C: 0.05~0.14%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 1.0~3.0%, sol.Al: 0.01~0.1%, Cr: 0.005~1.0%, Mo: 0.003~0.3% , P: 0.001~0.05%, S: 0.01% 이하, N: 0.001~0.01%, Nb: 0.005~0.06%, Ti: 0.005~0.13%, V: 0.003~0.2%, B: 0.0003~0.003%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    하기 식 1 및 2에 의해 정의되는 [C]*이 0.022 이상 0.10 이하이며,
    그 미세 조직에 있어서, 페라이트 및 베이나이트의 면적율의 합이 97~99%이고, MA(Martensite and Austenite)의 면적율이 1~3%이며, 직경 10μm 이상의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×104개/cm2 이하(0개/cm2 포함)이고, 직경 10μm 미만의 오스테나이트의 단위 면적 당 개수는 1×108개/cm2 이상인 고강도 복합조직강.
    [식 1] [C]* = ([C]+[N]) - ([C]+[N]) × S
    [식 2] S = ([Nb]/93+[Ti]/48+[V]/51+[Mo]/96)/([C]/12+[N]/14)
    (여기서, [C], [N], [Nb], [Ti], [V] 및 [Mo] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)
  2. 제1항에 있어서,
    하기 관계식 1을 만족하는 고강도 복합조직강.
    [관계식 1] [Mn]+2.8[Mo]+1.5[Cr]+500[B] ≤ 4.0
    (여기서, [Mn], [Mo], [Cr] 및 [B] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)
  3. 제1항에 있어서,
    -30℃에서 HER(Hole Expanding Ratio)와 인장강도의 곱이 30,000MPa·% 이상인 고강도 복합조직강.
  4. 제1항에 있어서,
    소부경화능(BH)이 40MPa 이상인 고강도 복합조직강.
  5. 중량%로, C: 0.05~0.14%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 1.0~3.0%, sol.Al: 0.01~0.1%, Cr: 0.005~1.0%, Mo: 0.003~0.3% , P: 0.001~0.05%, S: 0.01% 이하, N: 0.001~0.01%, Nb: 0.005~0.06%, Ti: 0.005~0.13%, V: 0.003~0.2%, B: 0.0003~0.003%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 1 및 2에 의해 정의되는 [C]*이 0.022 이상 0.10 이하이며, 하기 관계식 1을 만족하는 슬라브를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 10~70℃/sec의 속도로 500~700℃의 1차 냉각 종료 온도까지 1차 냉각하는 단계;
    상기 1차 냉각된 열연강판을 상기 1차 냉각 종료 온도에서 3~10초 동안 공냉하는 단계;
    상기 공냉된 열연강판을 10~70℃/sec의 속도로 400~550℃의 2차 냉각 종료 온도까지 2차 냉각하는 단계;
    상기 2차 냉각된 열연강판을 상기 2차 냉각 종료 온도에서 권취하는 단계; 및
    상기 권취된 열연강판을 25℃/hour 이하(0℃/hour 제외)의 속도로 200℃ 이하까지 3차 냉각하는 단계;
    를 포함하는 고강도 복합조직강의 제조방법.
    [식 1] [C]* = ([C]+[N]) - ([C]+[N]) × S
    [식 2] S = ([Nb]/93+[Ti]/48+[V]/51+[Mo]/96)/([C]/12+[N]/14)
    [관계식 1] [Mn]+2.8[Mo]+1.5[Cr]+500[B] ≤ 4.0
    (여기서, [C], [N], [Nb], [Ti], [V], [Mo], [Mn], [Cr] 및 [B] 각각은 해당 원소의 중량%를 의미함)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬라브의 재가열 온도는 1200~1350℃인 고강도 복합조직강의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 열간압연은 850~1150℃의 온도 범위에서 실시하는 고강도 복합조직강의 제조방법.
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