KR102012126B1 - 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

초고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 대한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 초고강도 냉연강판은 탄소(C): 0.15~0.20 중량%, 실리콘(Si): 1.5~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al): 0 초과 0.06 중량% 이하, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합 0.01~0.05 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상온에서 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트의 부피분율은 10~20 부피% 이며, 항복강도(YP): 650MPa 이상, 인장강도(TP): 980MPa 이상 및 신율(El): 15% 이상이다.

Description

초고강도 냉연강판 및 그 제조방법 {ULTRA HIGH STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 고강도 및 고연성 특성을 동시에 갖는 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 충돌 안전성과 경량화를 목적으로, 보다 고강도이면서 동시에 고연성을 갖는 강판이 요구되고 있다. 한편, 자동차용 부품 중 충돌 안전성을 좌우하는 멤버류 및 필러류 부품은 형상이 복잡하여, 이를 제조하기 위해 성형성이 우수한 강판이 요구되며, 이러한 자동차 부품을 제조하기 위해 DP강(Dual-phase steel)이 사용되어 왔다.
최근 상기 DP강보다 우수한 연성을 나타내는 고강도 강판으로서, TRIP강판이 주목받고 있다. 상기 TRIP강은 다시 폴리고날 페라이트를 주상(main phase)으로 하여 잔류 오스테나이트를 포함하는 TRIP형 복합 조직강(TPF강)과, 베이나이틱 페라이트를 모상(mother phase)으로 하여 잔류 오스테나이트를 포함하는 TRIP형 베이나이트강(TBF강) 등의 여러 종류로 분류된다.
상기 TBF강은 경질의 베이나이트 조직에 의해 고강도를 얻기 쉽다. 베이나이트 조직 중에는 래스(lath) 형상의 베이나이틱 페라이트의 경계에 미세한 잔류 오스테나이트가 생성되기 쉬운 점에서, 매우 우수한 연성을 얻을 수 있다.
본 발명의 배경기술은 일본 등록특허공보 제6260745호(2017.12.22. 공고, 발명의 명칭: 고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 강성 및 성형성이 동시에 우수한 초고강도 냉연강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 생산성 및 경제성이 우수한 초고강도 냉연강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 초고강도 냉연강판에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 초고강도 냉연강판은 탄소(C): 0.15~0.20 중량%, 실리콘(Si): 1.5~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al): 0 초과 0.06 중량% 이하, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합 0.01~0.05 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상온에서 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트의 부피분율은 10~20 부피% 이며, 항복강도(YP): 650MPa 이상, 인장강도(TP): 980MPa 이상 및 신율(El): 15% 이상이다.
한 구체예에서 상기 마르텐사이트는 부피분율(fm)이 하기 식 1을 만족할 수 있다:
[식 1]
fm = 1 - exp[(α(Ms - β)]
(상기 수학식 1에서, 상기 Ms는 하기 식 2를 만족하며, 상기 α는 -0.03 내지 -0.01 이며, 상기 β는 200 내지 300 이다)
[식 2]
Ms (℃) = 539 - 423[C] - 30.4[Mn] - 12.1[Cr] - 17.7[Ni] - 7.5[Mo]
(상기 식 2에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Mo]는 상기 초고강도 냉연강판의 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량(단위: 중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 초고강도 냉연강판은 항복강도(YP): 650~1150 MPa, 인장강도(TP): 980~1400 MPa 및 신율(El): 15~25%일 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 냉연강판은 상온에서 페라이트 0 초과 20 부피% 이하, 마르텐사이트 70~80 부피% 및 잔류 오스테나이트 10~20 부피%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 마르텐사이트는 래스(lath)상으로 이루어진 조직을 포함하고, 상기 잔류 오스테나이트의 적어도 일부가 상기 래스상 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다. 상기 초고강도 냉연강판은 탄소(C): 0.15~0.20 중량%, 실리콘(Si): 1.5~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al): 0 초과 0.06 중량% 이하, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합 0.01~0.05 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브재를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계; 상기 열연판재를 냉간 압연하여, 냉연판재를 제조하는 단계; 및 상기 냉연판재를 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리단계는, 상기 냉연판재를 (Ac3-50℃) 내지 (Ac3+50℃)의 온도로 가열 및 유지하는 1차 가열 단계; 상기 1차 가열된 냉연판재를 200~300℃까지 냉각 및 유지하는 냉각단계; 및 상기 냉각된 냉연판재를 370~500℃까지 가열 후, 30~60초 동안 유지하는 2차 가열단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 1차 가열 단계는 상기 냉연판재를 820~900℃ 까지 가열 후, 60~100초 동안 유지하는 것이며, 상기 냉각 단계는, 상기 1차 가열된 냉연판재를 200~300℃ 까지 냉각 후, 5~20초 동안 유지하는 것일 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연판재는 상기 슬라브재를 1150~1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브재를 마무리 압연온도: 880~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 열간압연재를 제조하는 단계; 및 상기 열간압연재를 권취온도 550~650℃ 조건으로 권취하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 초고강도 냉연강판은 강성 및 성형성이 동시에 우수하며, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 초고강도 냉연강판 제조방법을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
초고강도 냉연강판
본 발명의 하나의 관점은 초고강도 냉연강판에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 초고강도 냉연강판은 탄소(C): 0.15~0.20 중량%, 실리콘(Si): 1.5~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al): 0 초과 0.06 중량% 이하, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합 0.01~0.05 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상온에서 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트의 부피분율은 10~20 부피% 이며, 항복강도(YP): 650MPa 이상, 인장강도(TP): 980MPa 이상 및 신율(El): 15% 이상이다.
이하, 본 발명의 초고강도 냉연강판에 포함되는 성분에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소는 강의 강도를 확보하기 위해 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 0.15~0.20 중량% 포함된다. 상기 탄소를 0.15 중량% 미만으로 포함시 강도 확보가 어려우며, 0.20 중량%를 초과하여 포함시 저온 충격인성 및 용접성 등이 저하될 수 있다.
실리콘( Si )
상기 실리콘은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘은 고용강화 효과도 가진다. 한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 1.5~2.0 중량% 포함된다. 상기 실리콘을 1.5 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 2.0 중량%를 초과하여 포함시 용접성 및 도금성이 열화될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간은 잔류 오스테나이트의 형성 및 안정화에 기여하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 1.5~3.0 중량% 포함된다. 상기 망간을 1.5 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 3.0 중량%를 초과하여 포함시, 첨가량 증가에 따른 상승 효과가 미미하며, 용접성 및 성형성이 저하되며, 생산 단가가 상승할 수 있다.
인(P)
상기 인은 고용강화에 의하여 강도를 증가시킨다. 또한, 인은 실리콘과 함께 첨가하면 소둔 열처리 과정시 시멘타이트 석출을 억제시키고, 오스테나이트로 탄소 농화를 촉진시키는 역할을 한다. 한 구체예에서 상기 인은 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 0 초과 0.020 중량% 이하 포함된다. 상기 인을 0.020 중량% 초과하는 경우 가공 취성 및 성형성이 저하될 수 있다.
황(S)
상기 황은 상기 망간(Mn)과 미세한 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킨다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함된다. 상기 황을 0.01 중량% 초과하여 포함시 연성 및 성형성이 크게 저하될 수 있고, 적열취성이 발생할 수 있다.
가용성 알루미늄(S-Al)
상기 가용성 알루미늄은 탈산재로 사용되는 동시에 실리콘(Si)과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하는 원소로써, 열연판재의 결정립계와 탄화물을 미세하게 만들기 때문에 강중의 불필요한 고용 질소(N)를 AlN으로 석출시킨다. 따라서 강도를 상승시키는 효과를 가지고 있다.
한 구체예에서 상기 가용성 알루미늄은 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 0 초과 0.06 중량% 이하 포함된다. 상기 가용성 알루미늄을 0.06 중량%를 초과하여 포함시 용접성 및 연속주조성을 저하시키고, 슬라브 내 알루미늄질화물(AlN)을 형성하여 열연 크랙을 유발할 수 있다.
니오븀( Nb ) 및 티타늄( Ti )
상기 니오븀(Nb)은 강판의 석출강화 및 결정립 미세화에 유효한 원소이며, 상기 티타늄(Ti)은 고온안정성이 우수한 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부 조직 미세화를 통해 용접부 특성을 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 니오븀 및 티타늄 중 하나 이상의 합은 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 0.01~0.05 중량% 포함된다. 상기 니오븀 및 티타늄 중 하나 이상의 합을 0.01 중량% 미만으로 포함시 상술한 효과를 얻기 어려우며, 0.05 중량%를 초과하여 포함시 더 이상의 효과를 발휘하기 어려우며, 석출물이 증가하여 강의 충격 특성을 저해시킬 수 있다.
질소(N)
본 발명의 다른 구체예에서 상기 냉연강판은 불가피한 불순물로서 질소(N)를 더 포함할 수 있다. 상기 질소(N)는 강 중 과잉으로 존재하면 질화물이 다량으로 석출되고, 연성의 열화를 야기할 우려가 있다. 한 구체예에서 상기 냉연강판 전체중량에 대하여 질소를 0 초과 0.006 중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 상기 함량으로 포함시, 연성의 열화를 방지할 수 있다.
상기 냉연강판은 상온에서 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트의 부피분율은 10~20 부피% 이다. 상기 잔류 오스테나이트 부피분율을 10 부피% 미만으로 포함시 본 발명의 냉연강판의 성형성 확보가 어려우며, 20 부피%를 초과하여 포함시 수소취성의 민감도가 증가할 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 냉연강판은 상온에서 페라이트 0 초과 20 부피% 이하, 마르텐사이트 70~80 부피% 및 잔류 오스테나이트 10~20 부피%를 포함할 수 있다. 상기 범위의 미세조직을 포함시, 본 발명의 강도 및 연성이 동시에 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 마르텐사이트는 부피분율(fm)이 하기 식 1을 만족할 수 있다:
[식 1]
fm = 1 - exp[(α(Ms - β)]
(상기 수학식 1에서, 상기 Ms는 하기 식 2를 만족하며, 상기 α는 -0.03 내지 -0.01 이며, 상기 β는 200 내지 300 이다)
[식 2]
Ms (℃) = 539 - 423[C] - 30.4[Mn] - 12.1[Cr] - 17.7[Ni] - 7.5[Mo]
(상기 식 2에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Mo]는 상기 초고강도 냉연강판의 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량(단위: 중량%) 이다).
상기 수학식 1에서, 상기 α 및 β는 상기 마르텐사이트 부피분율. 보정계수이다.
한 구체예에서 상기 마르텐사이트는 래스(lath)상으로 이루어진 조직을 포함하고, 상기 잔류 오스테나이트의 적어도 일부가 상기 래스상 사이에 형성될 수 있다. 본 발명의 냉연강판은 래스상 계면에 오스테나이트가 형성되어 상충 관계를 가지는 강도 및 연성을 동시에 확보할 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 냉연강판은 항복강도(YP): 650 MPa 이상, 인장강도(TP): 980 MPa 이상 및 신율(El): 15% 이상 일 수 있다. 예를 들면, 상기 초고강도 냉연강판은 항복강도(YP): 650~1150 MPa, 인장강도(TP): 980~1400 MPa 및 신율(El): 15~25%일 수 있다.
초고강도 냉연강판 제조방법
본 발명의 다른 관점은 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 초고강도 냉연강판의 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참고하면 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법은 (S10) 열연판재 제조단계; (S20) 냉연판재 제조단계; 및 (S30) 열처리단계;를 포함한다.
구체예에서 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법은 (S10) 탄소(C): 0.15~0.20 중량%, 실리콘(Si): 1.5~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al): 0 초과 0.06 중량% 이하, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합 0.01~0.05 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브재를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계; (S20) 상기 열연판재를 냉간 압연하여, 냉연판재를 제조하는 단계; 및 (S30) 상기 냉연판재를 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리는, 상기 냉연판재를 (Ac3-50℃) 내지 (Ac3+50℃)의 온도로 가열 및 유지하는 1차 가열 단계; 상기 1차 가열된 냉연판재를 200~300℃까지 냉각 및 유지하는 냉각단계; 및 상기 냉각된 냉연판재를 370~500℃까지 가열 후, 30~60초 동안 유지하는 2차 가열단계;를 포함한다.
이하, 상기 초고강도 냉연강판 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 열연판재 제조단계
상기 단계는 탄소(C): 0.15~0.20 중량%, 실리콘(Si): 1.5~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al): 0 초과 0.06 중량% 이하, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합 0.01~0.05 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브재를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계이다. 상기 슬라브재의 성분 및 함량은 전술한 냉연강판 성분과 동일하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 한 구체예에서 상기 열연판재는 상기 슬라브재를 1150~1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브재를 마무리 압연온도: 880~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 열간압연재를 제조하는 단계; 및 상기 열간압연재를 권취온도 550~650℃ 조건으로 권취하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 재가열은 슬라브 재가열 온도: 1150~1250℃ 조건에서 이루어질 수 있다. 상기 조건에서 편석 성분이 충분하게 재고용되어 제품 품질이 우수할 수 있다.
상기 열간 압연은 상기 재가열된 슬라브재를 마무리 압연온도: 880~930℃ 조건으로 실시하여 열간압연재를 제조할 수 있다. 상기 조건에서 결정립 미세화 효과가 우수하여 목표한 강도를 확보할 수 있다.
한 구체예에서 상기 권취는 상기 열간압연재를 10~30℃/s의 냉각속도로 냉각하여, 권취온도: 550~650℃ 조건으로 권취할 수 있다. 상기 조건에서 열연판재의 표면 품질과 기계적 강도가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 열연판재는, 상기 권취된 열연코일을 산세 후, 언코일링하는 단계를 더 포함하여 제조될 수 있다.
(S20) 냉연판재 제조단계
상기 단계는 상기 열연판재를 냉간 압연하여, 냉연판재를 제조하는 단계이다. 예를 들면, 상기 냉간 압연은 상기 열연판재를 압하율 40~60%의 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 강도 및 가공성이 우수할 수 있다.
(S30) 열처리단계
상기 단계는 상기 냉연판재를 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리는, 상기 냉연판재를 (Ac3-50℃) 내지 (Ac3+50℃)의 온도로 1차 가열하고; 상기 1차 가열된 냉연판재를 200~300℃까지 냉각하고; 그리고 상기 1차 냉각된 냉연판재를 370~500℃까지 2차 가열하는 단계;를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 Ac3 온도는, 하기 식 3에 의해 결정될 수 있다:
[식 3]
Ac3 (℃) = (910 - 203√[C] - 15.2*[Ni] + 44.7*[Si] + 104*[V] + 31.5*[Mo] + 13.1*[W] - 30*[Mn] - 11*[Cr] - 20*[Cu] + 700*[P] + 400*[Al] + 120*[As] + 400*[Ti])
(상기 식 3에서, 상기 [C], [Ni], [Si], [V], [Mo], [W], [Mn], [Cr], [Cu], [P], [Al], [As], [Ti]는, 상기 슬라브재에 포함되는 탄소(C), 니켈(Ni), 실리콘(Si), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 크롬(Cr), 구리(Cu), 인(P), 가용성 알루미늄(Al), 비소(As) 및 티타늄(Ti)의 함량(중량%)이다).
상기 1차 가열 공정에서, 상기 냉연판재를 (Ac3-50℃) 미만의 온도로 가열시 충분한 오스테나이트 변태가 이루어지지 않으며, (Ac3+50℃)를 초과하는 온도까지 가열시, 오스테나이트 결정립도가 지나치게 증가하여 냉연강판 강도 등의 기계적 물성이 저하될 뿐만 아니라, 생산성이 저하될 수 있다. 한 구체예에서 상기 1차 가열은 상기 냉연판재를 820~900℃까지 가열하고 60~100초 동안 유지하는 것일 수 있다. 상기 1차 가열 온도 및 유지 시간 범위를 만족시, 본 발명의 강도 및 신율이 우수할 수 있다.
상기 냉각은, 상기 1차 가열된 냉연판재를 냉각 종료온도: 200~300℃ 까지 냉각한다. 상기 냉각온도를 200℃ 미만의 온도에서 냉각을 종료하는 경우 마르텐사이트 분율이 지나치게 증가하여, 강도가 증가하고, 신율의 확보가 어려우며, 300℃를 초과하는 온도에서 냉각을 종료하는 경우, 마르텐사이트 분율이 저하되기 때문에 기계적 강도의 확보가 어렵고, 잔류 오스테나이트의 안정도가 저하될 수 있다.예를 들면 상기 냉각은, 상기 1차 가열된 냉연판재를 200~300℃ 까지 냉각 후, 5~20초 동안 유지할 수 있다. 상기 냉각 조건에서, 본 발명의 냉연강판의 잔류 오스테나이트의 안정도 및 기계적 강도를 동시에 확보할 수 있다.
그리고, 상기 2차 가열은 상기 냉각된 냉연판재를 5~20℃/s의 승온속도로 370~500℃까지 가열 후, 30~60초 동안 유지하는 것일 수 있다. 상기 냉각시 상기 냉연판재에 형성된 마르텐사이트 조직은, 상기 승온속도로 2차 가열 또는 도금(합금화) 과정에서 템퍼링(tempering) 되고, 오스테나이트 조직으로 탄소의 재분배가 발생하게 된다. 오스테나이트의 안정성이 확보되어, 상온까지의 최종 냉각시 추가적인 마르텐사이트로의 변태가 억제되어, 본 발명의 냉연강판이 목표로 하는 상온에서의 잔류 오스트나이트 분율을 확보할 수 있어, 성형성이 우수할 수 있다.
상기 2차 가열온도 유지시간을 30초 미만으로 실시하는 경우 본 발명이 목표로 하는 미세조직을 얻기 어려우며, 60초를 초과하여 실시하는 경우, 마르텐사이트 조직의 템퍼링이 진행되어, 냉연강판의 강도가 저하될 수 있다.
본 발명의 열처리 공정 중, 상기 냉각시 형성되는 마르텐사이트는 승온, 유지 및 도금(합금화) 과정시 템퍼링이 되고, 오스테나이트로의 탄소의 재분배가 일어난다. 이러한 오스테나이트로의 합금원소 분배를 통해 오스테나이트의 안정성이 확보되므로, 상온까지의 최종 냉각시 추가적인 마르텐사이트로의 변태가 억제되며, 상온에서의 잔류 오스테나이트가 확보되어, 고강도 고연신강 제조에 유리하다. 또한, 경질상인 마르텐사이트가 템퍼링 되면서 상간 경도차 감소 효과로 인한 굽힘성 향상을 추가로 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예 및 비교예
하기 표 1과 같은 합금성분과, 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브재 A 내지 C를 준비하였으며, 상기 슬라브재 A~C의 Ac1, Ac3 및 Ms 온도를 하기 표 1에 함께 나타내었다. 이때, 상기 Ms, Ac3은 하기 식 2 및 식 3에 의해 도출되었다:
[식 2]
Ms (℃) = 539 - 423[C] - 30.4[Mn] - 12.1[Cr] - 17.7[Ni] - 7.5[Mo]
(상기 식 2에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Mo]는 상기 슬라브재에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량(단위: 중량%) 이다).
[식 3]
Ac3 (℃) = (910 - 203√[C] - 15.2*[Ni] + 44.7*[Si] + 104*[V] + 31.5*[Mo] + 13.1*[W] - 30*[Mn] - 11*[Cr] - 20*[Cu] + 700*[P] + 400*[Al] + 120*[As] + 400*[Ti])
(상기 식 3에서, 상기 [C], [Ni], [Si], [V], [Mo], [W], [Mn], [Cr], [Cu], [P], [Al], [As], [Ti]는, 상기 슬라브재에 포함되는 탄소(C), 니켈(Ni), 실리콘(Si), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 크롬(Cr), 구리(Cu), 인(P), 가용성 알루미늄(Al), 비소(As) 및 티타늄(Ti)의 함량(중량%)이다).
Figure 112018028657810-pat00001
실시예 1~2 및 비교예 1~6
하기 표 2의 슬라브재를 1150~1250℃의 조건으로 재가열 한 다음, 마무리 압연온도: 900℃의 조건으로 열간압연하여 열간압연재를 제조하고, 상기 열간압연재를 10~30℃/s의 냉각속도로 냉각하여 권취온도: 550℃ 조건으로 권취하는 단계;를 포함하여, 열연판재를 제조하였다. 그 다음에 상기 열연판재를 40~60%의 압하율로 냉간 압연하여 냉연판재를 제조한 다음, 하기 표 2의 조건을 적용하여 열처리(2차 가열시 승온속도 5~20℃/s)하여 냉연강판을 제조하였다.
상기 실시예 1~2 및 비교예 1~6의 냉연강판에 대하여, 상온에서의 미세조직 분율(부피%)과, 항복강도(MPa), 인장강도(MPa) 및 신율(%)을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112018028657810-pat00002
Figure 112018028657810-pat00003
상기 표 3의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1~2의 경우, 상온에서 10 부피% 이상의 잔류 오스테나이트를 확보하였으며, 인장강도, 항복강도 등의 기계적 강도와, 신율이 동시에 우수함을 알 수 있었다. 반면 본 발명의 망간 함량을 초과하는 슬라브재를 적용한 비교예 1의 경우, 마르텐사이트 분율이 지나치게 증가하였으며, 최종 냉연강판의 강도가 지나치게 높고, 신율이 저하되었다. 또한 열처리 공정중, 2차 가열된 온도의 유지시간이 본 발명의 범위를 초과하는 비교예 2의 경우, 상기 실시예 1~2보다 강도가 지나치게 저하되었으며, 본 발명이 목표로 하는 신율을 확보할 수 없었다. 또한, 본 발명 열처리 조건 중, 1차 가열온도를 벗어난 비교예 3~4 및, 열처리 중 냉각 온도 조건을 벗어난 비교예 5~6의 경우, 잔류 오스테나이트 분율이 저하되었으며, 본 발명이 목표로 하는 신율을 확보할 수 없었다.
종래 TBF강은 전체 신장(EL)은 매우 높은 특성을 얻을 수 있지만, 예를 들어 과시효 구간의 시간이 일반 CGL 대비 긴 시간이 요구되는 등, 열처리 조건의 제약으로 인하여 일반 CGL에서 생산하기 어려운 단점이 있었다. 또한, 과시효 구간에서 베이나이트의 변태에 의한 변태 발열의 발생으로 도금욕 통과시 욕조의 온도가 증가하여 추가적인 표면 품질 문제가 있었다.
반면 본 발명의 열처리 공정 중, 상기 냉각시 형성되는 마르텐사이트는 승온, 유지 및 도금(합금화) 과정시 템퍼링이 되고, 오스테나이트로의 탄소의 재분배가 일어난다. 이러한 오스테나이트로의 합금원소 분배를 통해 오스테나이트의 안정성이 확보되므로, 상온까지의 최종 냉각시 추가적인 마르텐사이트로의 변태가 억제되며, 상온에서의 잔류 오스테나이트가 확보되어, 고강도 고연신강 제조에 유리함을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 탄소(C): 0.15~0.20 중량%, 실리콘(Si): 1.5~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S-Al): 0 초과 0.06 중량% 이하, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 합 0.01~0.05 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브재를 이용하여 열연판재를 제조하는 단계;
    상기 열연판재를 냉간 압연하여, 냉연판재를 제조하는 단계; 및
    상기 냉연판재를 열처리하는 단계;를 포함하며,
    상기 열처리단계는, 상기 냉연판재를 (Ac3-50℃) 내지 (Ac3+50℃)의 온도로 가열 및 유지하는 1차 가열 단계;
    상기 1차 가열된 냉연판재를 200~300℃까지 냉각 및 유지하는 냉각단계; 및
    상기 냉각된 냉연판재를 5~20℃/s의 승온속도로 370~500℃까지 가열 후, 30~60초 동안 유지하는 2차 가열단계;를 포함하는 초고강도 냉연강판 제조방법이며,
    상기 제조된 냉연강판은 상온에서 페라이트 0 초과 20 부피% 이하, 마르텐사이트 70~80 부피% 및 잔류 오스테나이트 10~20 부피%를 포함하는 미세조직을 가지며,
    상기 마르텐사이트의 부피분율(fm)은 하기 식 1을 만족하는 것이며,
    상기 마르텐사이트는 래스(lath)상으로 이루어진 조직을 포함하고, 상기 잔류 오스테나이트의 적어도 일부가 상기 래스상 사이에 형성된 것이며,
    항복강도(YP): 650~1150 MPa, 인장강도(TP): 980~1400 MPa 및 신율(El): 15~25%인 것을 특징으로 하는, 초고강도 냉연강판 제조방법:
    [식 1]
    fm = 1 - exp[(α(Ms - β)]
    (상기 수학식 1에서, 상기 Ms는 하기 식 2를 만족하며, 상기 α는 -0.03 내지 -0.01 이며, 상기 β는 200 내지 300 이다)
    [식 2]
    Ms (℃) = 539 - 423[C] - 30.4[Mn] - 12.1[Cr] - 17.7[Ni] - 7.5[Mo]
    (상기 식 2에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Mo]는 상기 슬라브재의 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량(단위: 중량%) 이다).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 1차 가열 단계는 상기 냉연판재를 820~900℃ 까지 가열 후, 60~100초 동안 유지하는 것이며,
    상기 냉각 단계는, 상기 1차 가열된 냉연판재를 200~300℃ 까지 냉각 후, 5~20초 동안 유지하는 것을 특징으로 하는, 초고강도 냉연강판 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열연판재는 상기 슬라브재를 1150~1250℃로 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 슬라브재를 마무리 압연온도: 880~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 열간압연재를 제조하는 단계; 및
    상기 열간압연재를 권취온도 550~650℃ 조건으로 권취하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 초고강도 냉연강판 제조방법.
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