KR102281425B1 - 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판용 조질압연 롤, 조질압연 롤의 제조방법 및 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판용 조질압연 롤, 조질압연 롤의 제조방법 및 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 한가지 측면에 따른 조질압연 롤은 강판의 표면에 요철형상을 전사하기 위한 조질압연 롤로서, 상기 롤은 표면에 사각형 형상지수가 0.80 이상이고, 산 분율이 40~60% 이며, 피치(p)가 150㎛ 이상인 단면형상을 가지는 요철을 포함할 수 있다.

Description

가공성이 우수한 초고강도 냉연강판용 조질압연 롤, 조질압연 롤의 제조방법 및 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법{SKIN PASS ROLL FOR ULTRA-HIGH STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT FORMABILITY, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME AND MANUFACTURING METHOD OF ULTRA-HIGH STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT FORMABILITY}

본 발명은 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판용 조질압연 롤, 조질압연 롤의 제조방법 및 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

자동차 경량화에 의한 연비 향상 및 승객 안전성 관점에서 자동차 차체 및 구조재의 고강도화가 요구됨에 따라 초고강도, 예를 들어 반드시 이로 한정하는 것은 아니나 1GPa 또는 그 이상의 인장강도(경우에 따라서는 3GPa 이하의 강도를 의미할 수도 있다)를 가지는 소위 기가급 강재가 자동차 강판으로 사용되는 경우가 증가하고 있다.

자동차용 강판은 용융아연도금되어 사용되는 경우도 있으나, 용융아연도금시에는 강판에 포함된 다량의 산화성 원소에 의한 미도금 발생, 용접시의 용융금속취화(LME, Liquid Metal Embrittlement) 및 수소취성 등의 문제를 가질 수 있다. 이러한 문제점으로 인하여, 비교적 내식성의 부담이 적은 자동차 내판으로 사용되는 강재로 도금되지 않은 냉연강판이 여전히 다량 사용되고 있다. 그런데, 이와 같이 도금되지 않은 초고강도 냉연강판을 사용하여 가공(프레스 성형)할 때에는 강판의 높은 강도에 의하여 가공에 많은 어려움이 발생하게 된다. 이를 개선하기 위해서 표면에 미세 요철이 형성된 냉연강판이 요구되어 왔다.

냉연강판의 표면에 형성된 미세요철은 프레스 성형시 강판과 금형 사이의 접촉점을 감소시키고, 프레스 가공유 및 방청유 등을 수용할 수 있는 오일 포켓(oil pocket)을 제공할 수 있어서 슬라이딩 저항(마찰)을 저감시켜 프레스 성형성을 획기적으로 개선함과 동시에 금형의 손상을 방지하는 효과를 가진다.

그 중에서 냉연강판 표면에 미세 요철을 부여하는 일반적인 방법으로서는, 냉연강판을 소둔한 후 표면에 요철이 형성된 롤로 조질압연을 실시하여 롤 표면의 요철(조도)이 냉연강판에 전사되도록 하는 방법을 들 수 있다. 따라서, 강판 표면에 미세 요철을 부여하기 위해서는 우선 표면에 높은 조도로 요철이 형성된 조질압연 롤이 필요하며, 롤 표면의 요철이 강판 표면에 전사되도록 하기 위해서 높은 압하력으로 강판 표면을 압하하여야 할 필요가 있다.

강판 표면에 높은 조도의 미세 요철을 부여하고 이를 이용하여 프레스 성형성을 향상시키는 공지된 종래 방법으로서는 1) 숏 블라스트(Shot Blast) 또는 방전 가공등으로 산과 골이 크고 깊게 형성되도록 하여 높은 조도의 미세 요철이 형성되도록 하는 방법, 2) 숏 블라스트나 방전가공 등에 의해서 표면에 요철을 형성시킨 조질압연 롤에 의해 강판의 표면에 요철을 형성시킨 후, 강판의 불규칙한 표면 요철의 산(peak)의 형상을 무디게 하여 냉연강판에 미세한 오일 포켓(micro oil pocket)이 많이 형성되도록 하는 방법(2008년, 한국 소성가공학회지 제17권 제6호) 3) 레이저 가공으로 금속판 표면의 거친 면의 미시적 형태가 독립한 연못 형상의 오목부와 그것을 둘러싸는 평탄부로 구성되고, 표면의 임의의 방향에서 본 직선상으로 반드시 오목부가 존재하도록 하는 방법(일본 공개특허 1993-192701호) 및 4) 레이저 가공으로 규칙적인 요철을 가지는 조질압연 롤로 압연하여 아연도금강판의 표면에 면적 0.0001~0.01mm2의 미세 오목부를 가지고, 단위면적당 오목부 체적의 합이 도금층 비커스 경도(Hv)와의 관계를 만족시키도록 하는 방법(일본 공개특허 1995-136701호) 등을 들 수 있다.

그러나, 종래 방법 1)과 2)에 의할 경우에는 롤 표면에 불규칙한 요철이 형성되며, 이 요철이 높은 조도를 가지기 위해서 높은 산(peak)과 깊은 골(valley)을 가지도록 가공되어야 한다. 이렇게 가공된 조질압연 롤로 기가급 초고강도 냉연강판에 고조도를 부여하기 위해서 높은 압하력으로 조질압연을 실시하여야 하는데 이 과정에서 조질압연 롤 미세요철의 높은 산(peak)부에 응력이 집중되어 빨리 마모되어 버리므로, 목표로 하는 고조도로 조질압연할 수 있는 가공시간(내구시간)이 매우 짧게 되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 강판에 부여된 압흔이 불균일하여 오일포켓이 불균일하게 형성되어 프레스 성형성이 불량하게 된다는 문제점이 있다.

종래 방법 3)과 4)는 1) 및 2)와 달리 레이저 가공(LT)으로 규칙적인 요철을 가지는 조질압연 롤을 사용하여 강판 표면에 규칙적인 미세요철을 부여하고 단위면적당 오목부의 체적 합을 일정 값으로 한정하는 것이나, 레이저 가공에 의해서 형성되는 롤의 미세요철의 형상 및 이에 의해서 형성되는 강판의 미세요철의 형상에 따라 조도 차가 크게 나타나서 목표로 하는 고조도 확보가 불가능하기 때문에 프레스 성형시 매우 다른 프레스 성형성을 나타낸다. 또한 롤의 미세요철의 형상에 따라 롤의 마모에도 차이가 발생하여 고조도를 확보할 수 있는 롤 사용기간 차이가 발생하는 문제점이 있다.

특히 이러한 문제는 강도가 높은 기가급 냉연강판을 조질압연할 때 더욱 심각하게 발생할 수 있다.

본 발명의 한가지 측면에 따르면, 기가급 냉연강판을 조질압연할 때, 높은 압하력을 가하지 않고서도 균일하고도 높은 조도의 요철형상을 냉연강판 표면에 형성시킴으로써 프레스 성형성과 같은 가공성이 우수한 냉연강판을 제조할 수 있는 조질압연 롤 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 과제는 상술한 내용으로 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명의 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 어떠한 어려움도 없을 것이다.

본 발명의 한가지 측면에 따른 조질압연 롤은 강판의 표면에 요철형상을 전사하기 위한 조질압연 롤로서, 상기 롤은 표면에 사각형 형상지수가 0.80 이상이고, 산 분율이 40~60% 이며, 피치(p)가 150㎛ 이상인 단면형상을 가지는 요철을 포함할 수 있다.

(여기서, 사각형 형상지수는, 요철의 단면을 관찰하였을 때 산의 정상의 길이를 해당 산의 조도 중심선 길이로 나눈 값과 골의 바닥 길이를 해당 골의 조도 중심선 길이로 나눈 값의 평균으로 정의할 수 있다.

이때, 상기 요철은 조도가 2.5㎛ 이상일 수 있으며, 상기 요철의 피치는 200㎛ 이상일 수 있다.

또한, 상기 요철의 피치는 400㎛ 이하일 수도 있다.

본 발명의 한가지 구현례예서는, 상기 요철의 하변 길이(b)와 높이(h)의 비율(b/h)의 평균이 0.35~0.65로 제한될 수 있다.

다른 한가지 구현례에서는, 상기 b/h의 평균은 0.4~0.6일 수도 있다.

본 발명의 다른 한가지 측면인 조질압연 롤을 제조하는 방법은, 조질압연 롤을 준비하는 단계; 및 레이저 가공, 포토 에칭, 레이저 에칭 및 전자빔 텍스처링(EBT) 중에서 선택된 하나 이상의 가공 방법을 이용하여 상기 조질압연 롤 표면에 사각형 형상지수가 0.80 이상이고, 산 분율이 40~60% 이며, 피치(p)가 150㎛ 이상인 단면형상을 가지는 요철이 형성되도록 가공하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 요철의 하변 길이(b)와 높이(h)의 비율(b/h)의 평균이 0.35~0.65일 수 있다.

본 발명의 또다른 한가지 측면인 초고강도 냉연강판의 제조방법은 냉연강판을 준비하는 단계; 및 상기 냉연강판의 표면을 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 조질압연 롤로 조질압연하는 단계를 포함하며, 상기 조질압연시 압하력은 150톤 이하일 수 있다.

이때, 상기 냉연강판은 인장강도가 1GPa 이상일 수 있다.

또한, 상기 조질압연된 냉연강판은 표면에 조도가 0.9㎛ 이상인 조도의 요철을 가질 수 있다.

본 발명의 한가지 구현례에 따른 조질압연 롤은 표면에 상술한 요철 형상을 가짐으로써, 비교적 낮은 압하율로 기가급 냉연강판의 표면을 압연하더라도 강판 표면에 충분한 조도를 가진 요철을 형성시킬 수 있으며, 그에 따라 강판의 성형성이 향상됨은 물론이고 롤의 내구성도 향상시킬 수 있다. 본 발명의 구현례에 따른 조질압연 롤을 이용하여 조질압연할 경우 압연길이가 5km인 경우에도 여전히 기가급 냉연강판의 조도를 프레스 성형에 적합한 0.9㎛ 이상으로 제어할 수 있다. 본 발명 한가지 구현례에 따라 제조된 냉연강판은 40회 반복마찰가공계수가 0.15 이하로서 우수한 프레스 가공성을 가질 수 있다.

도 1은 사각형 형상지수를 설명하기 위한 모식도,
도 2는 본 발명의 한 측면에 따른 조질압연롤 표면의 요철 형상(a)과 본 발명의 조건에서 벗어난 조질압연롤 표면의 요철형상(b)을 대비한 모식도, 그리고
도 3은 본 발명의 한 측면에 따라 대칭구조를 가진 조질압연롤 표면의 요철형상(a)과 본 발명의 조건에서 벗어난 비대칭구조를 가진 조질압연롤 표면의 요철형상(b)을 대비한 모식도이다.

이하의 개시에서 본 발명의 여러가지 측면들을 구체적으로 설명한다.

본 개시에서, 상하 또는 수평적인 위치관계는 설명의 편의를 위한 상대적인 것을 의미할 뿐, 본 발명의 대상이 반드시 그와 같은 위치 관계 하에서 생산되거나 사용되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 또한, 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.

본 발명의 발명자는 기가급 냉연강판의 가공성을 향상시키기 위하여 표면에 요철을 형성시킬 때 발생할 수 있는 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 깊이 연구한 결과 조질압연롤의 표면 요철을 특정한 형상으로 제어하는 것이 문제해결에 효과적이라는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다. 즉, 본 발명의 발명자의 연구결과에 따르면 본 발명의 조질압연 롤은 표면에 요철을 가지는 롤로서, 상기 요철은 단면의 산과 골이 직사각형에 가까운 형상을 가지고, 산과 골의 폭(각각 Pw 및 Vw)이 유사한 값을 가지도록 하되, 요철의 피치와 조도를 일정치 이상으로 제어할 경우에 압하력을 크게 높이지 않고서도 강판 표면에 높은 조도의 요철을 전사시킬 수 있어서 강판의 프레스 성형성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 우수한 내구성을 가질 수 있다.

본 발명의 한가지 구현례에 따른 조질압연 롤의 특징적인 구성 별로 상세히 설명한다. 반드시 이로 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 하기하는 롤 단면의 형상은 롤을 축방향으로 절단하였을 때 관찰되는 형상일 수 있다.

사각형 형상지수: 0.80 이상

본 발명의 조질압연 롤은 표면에 요철을 가지는 롤로서, 도 1에 도시한 바와 같이 그 요철의 단면이 직사각형에 가까운 형상을 가진다. 다만, 통상의 가공방법에 의해 단면이 완전히 직사각형인 형태를 구현하는 것은 어려울 수 있으므로, 반드시 이로 한정하는 것은 아니나 본 발명에서는 직사각형에 유사한 정도를 사각형 형상지수로 표현한다. 도 1에 사각형 형상지수를 구하는 방법을 도시하였다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 산 영역(빗금친 부분)에 대응되는 직사각형은 조도 중심선이 산 영역의 요철의 외곽선(C)에 의해 구분되는 선분(Pw)을 하변으로 하고, 그 하변을 산의 정상까지 수직 이동한 선분을 상변으로 하는 형태를 가질 수 있다. 만일 산의 형태가 상기 직사각형과 완전히 일치할 경우에는 사각형 형상지수는 1이 될 수 있다. 다만, 경우에 따라 완벽하게 일치하지 않을 수 있는데 이러한 경우에는 산의 정상의 길이가 하변의 길이와 일치하지 않게 된다. 따라서, 산 영역의 사각형 형상지수는 산의 정상의 길이(Pl)를 하변(해당 산의 조도 중심선)의 길이로 나눈 값으로 정의할 수 있다. 마찬가지 원리로 골 영역에 대응되는 직사각형은 조도 중심선이 골 영역의 요철의 외곽선(C)에 의해 구분되는 선분(Vw)을 상변으로 하고, 그 상변을 골의 바닥까지 수직 이동한 선분을 하변으로 하는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 골 영역의 사각형 형상지수는 골의 바닥 길이(Vl)를 상변(해당 골의 조도 중심선)의 길이로 나눈 값으로 정의할 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 사각형 형상 지수는 개별 산과 골의 사각형 형상지수를 평균하여 구할 수 있으며, 연속되는 10개의 산과 골의 개별 사각형 형상지수의 평균을 사각형 형상지수로 할 수도 있다. 본 발명의 한가지 측면에 따르면 상술한 사각형 형상지수가 0.80 이상인 경우 즉, 직사각형에 가까운 산과 골의 형상을 한 경우에는 작은 압하력으로도 강판의 표면에 높은 조도를 형성시킬 수 있어 유리하다. 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 사각형 형상지수는 0.85 이상일 수 있으며, 산과 골의 형상이 완벽한 직사각형일 경우에는 상기 사각형 형상지수는 1일 수 있다.

산 분율: 40~60%

본 발명의 한가지 측면에 따르면 상기 산과 골이 서로 대칭적으로 형성될 경우 강판에 높은 조도를 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조질압연 롤의 내구성을 확보할 수 있다. 즉, 요철의 단면을 관찰하였을 때 연속하는 한쌍의 산과 골에 있어서 조도 중심선 중 산 영역에 위치하는 선분의 길이(Pw)와 골 영역에 위치하는 선분 길이(Vw)의 합(Pw+Vw)에 대한 산 영역에 위치하는 선분의 길이(Pw)의 비율[=Pw/(Pw+Vw)]을 의미하는 산 분율이 40~60%의 값을 가질 경우 산과 골이 점유하는 비율이 유사한 대칭성을 가질 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에 의할 경우 상기 산 분율은 10개 이상의 연속적인 산과 골(10개 이상의 산과 10개 이상의 골) 영역의 선분의 폭의 합[∑(Pw+Vw)]으로 동일한 영역에 존재하는 산 영역의 선분의 폭의 합(∑Pw)을 나눈 값[=∑Pw/∑(Pw+Vw)]으로 구할 수 있다.

평균 표면조도(Ra)는 아래 수학식 1과 같이 프로파일 중심선에서의 상/하로 벗어남의 정도를 산술적으로 계산한 평균값을 의미한다. 즉 조도 프로파일 y=Z(x)의 절대값들을 측정 길이(ι)로 나눈 평균값을 나타낸다. 따라서 수학적으로는 거칠기 곡선의 모든 산(peak)과 골(valley)의 면적의 합과 동일한 면적을 가진 직사사각형의 면적의 높이(진폭)에 해당하게 된다.

따라서 도 3과 같이 피치(pitch)가 4㎛인 경우, 대칭구조 a)(산 분율이 0.50인 경우)와 비대칭구조 b)(산 분율이 0.25인 경우)의 평균 표면조도(Ra)를 식 (1)로 계산하면, 대칭구조 a)의 경우의 평균 표면조도(Ra)는 4㎛이고, 비대칭구조의 b)의 평균 표면조도(Ra)는 3㎛으로 동일한 피치에서 대칭구조인 경우가 비대칭구조 대비 큰 표면조도를 가지게 됨을 알 수 있다.

이러한 고조도의 대칭구조를 가지는 롤로 조질압연을 실시하게 되면 강판에 전사되는 표면 압흔의 조도가 그에 비례하여 크게 될 뿐만 아니라 냉연강판 표면에 전사되는 압흔이 균일하게 형성되기 때문에 압흔에 따른 오일포켓 역시 균일하게 부여되고 오일함유량도 많아 지므로 프레스 성형시 우수한 가공성을 나타낸다.

표 1에서도 확인할 수 있듯이, 본 발명에서는 도 3의 a와 같이 산 영역의 크기가 골 영역의 크기와 유사한 대칭구조가 바람직하였다. 구체적으로는 대칭 정도를 정량적으로 나타내는 산 분율(peak ratio(%)=Pw/(Pw+Vw)*100)이 40%이상에서 60%이하가 바람직하였다. 가장 바람직한 것은 산의 크기와 골의 크기가 같은 완전한 대칭구조의 산 분율인 50%이었다. 여기서 산 분율은 산의 폭 길이(Pw)를 피치{P(pitch)=산의 폭 길이(Pw)+골의 폭 길이(Vw)}로 나눈 것을 백분율(%)로 나타낸 것이다. 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 산 분율은 10쌍의 연속되는 산과 골로 이루어진 전체 피치의 합으로 산의 폭의 합을 나눈 것으로 구할 수 있다.

산 분율이 40% 이하이거나 60% 이상으로 비대칭 구조를 가지게 되면 롤의 평균조도(Ra)가 2.5㎛ 미만이 되며, 이 롤을 이용하여 예를 들어 약 150톤 정도의 낮은 압력으로 조질압연을 실시하게 되면 기가급 초고강도 냉연강판의 표면 평균조도(Ra)를 0.9㎛이상 확보할 수 없기 때문이다.

요철의 피치(p): 150㎛ 이상

낮은 압하율로 강판의 표면에 충분한 평균조도(Ra)를 가진 요철을 전사할 수 있기 위해서는 상술한 조건 외에도 요철의 피치(p)를 150㎛ 이상으로 제어할 필요가 있다. 상기 수학식 1로부터 알 수 있듯이, 요철의 형태가 동일한 경우에, 조도는 피치에 따라서 비례하게 된다. 본 발명의 발명자들의 연구 결과에 따르면 사각형 형상지수와 산 분율을 상술한 범위로 한정한 경우에 롤 피치가 150㎛ 이상이 되어야, 기가급 강판의 표면에 0.9㎛ 이상의 조도를 가진 요철을 형성시켜 프레스 성형성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에서는 상기 피치의 범위를 200㎛ 이상으로 할 수 있다. 상기 피치의 범위의 상한에 대해서는 특별히 제한하지 않으나, 피치가 과도하게 클 경우 롤과 강판 표면의 요철의 형상이 육안으로 관찰되는 등 외관상 유리하지 않으므로 상기 피치의 크기의 상한은 400㎛으로 정할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 조질압연 롤은 직사각형에 가까운 규칙적인 형상의 요철을 표면에 가짐으로써 작은 압하력으로도 기가급 강판의 표면에 충분한 조도를 가진 요철을 형성할 수 있다.

또한 본 발명의 대칭구조를 가지는 롤로 조질압연시 롤의 압흔이 강판과 접하는 산(peak)부분의 면적이 패터닝되지 않은 기존의 날카로운 산(peak)을 가진 롤의 압흔이나 패터닝이 되었다고 해도 대칭구조를 가지지 못한 롤의 산(peak) 보다 산의 면적이 넓고, 균일하게 형성되기 때문에 조질압연시 압하력을 여러 산으로 균일하게 분산되어 롤 사용수명을 증가시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 한가지 구현례에 따른 조질압연 롤로 150톤 이하의 압하력으로 조질압연 할 경우, 기가급 초고강도 냉연강판에 대해서 5km 길이까지 사용하더라도 평균 조도(Ra)가 0.9㎛ 이상이고, 40회 반복마찰계수가 0.15 이하인 냉연강판을 제조할 수 있다.

본 발명의 조질압연 롤은 표면을 레이저 가공(Laser Texturing; LT)함으로써 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 조질압연 롤의 표면을 가공하기 위하여 반드시 레이저 가공(LT) 방법으로 한정할 필요는 없으며, 포토 에칭, 레이저 에칭 또는 전자빔 텍스처링(EBT)과 같이 롤 표면 요철의 형상을 본 발명에서 규정하는 바에 적합하게 가공할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법이라도 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 조질압연 롤을 이용하여 프레스 성형성이 우수한 냉연강판을 제조하는 방법은 다음과 같이 설명될 수 있다. 즉, 본 발명의 냉연강판 제조방법은 기가급 냉연강판을 준비하는 단계; 및 상기 기가급 냉연강판의 표면을 본 발명의 한가지 측면에 따른 조질압연 롤로 조질압연하는 단계를 포함하며, 상기 조질압연시 압하력을 150톤 이하로 조절할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명이 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

조질압연 롤 표면에 레이저로 격자 모양으로 식각하여 규칙적인 정사각 패턴을 형성하는 레이저 가공(레이저 텍스처링, Laser Texturing)으로 정사각형의 패턴(롤 표면 패턴)을 가지는 미세요철을 부여하였다. 이와 같은 가공에 의해 형성되는 미세요철의 단면 형상을 롤의 축 방향으로 절단한 단면에서 관찰한 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에서 산의 폭(Pw), 골의 폭(Vw), 평균 피치(P) 및 조도는 모두 ㎛의 단위를 가진다.

즉, 표 1에 나타낸 바와 같이 발명예와 비교예에 따라 산의 크기와 골의 크기가 유사한 대칭구조를 가지거나 산의 크기와 골의 크기가 서로 다른 비대칭구조를 가지도록 하였으며, 그 결과 표에 나타난 바와 같이 각 실시예 별로 다른 산 분율을 가지는 조질압연 롤을 얻을 수 있었다. 기존예를 제외한 모든 비교예와 발명예에서 롤의 사각형 형상지수는 0.80 이상이 되도록 조정하였다.

No.	산의 폭(Pw)	골의 폭(Vw)	평균 피치(P)	산 분율(%)	평균 조도(Ra)
1	-	-	-	-	2.8
2	50	50	100	50	1.6
3	50	100	150	33	1.55
4	50	150	200	25	1.36
5	80	170	250	32	1.5
6	150	50	200	75	2.1
7	100	200	300	33	2.5
8	80	80	160	50	2.5
9	100	50	150	67	1.75
10	100	100	200	50	4.5
11	120	80	200	60	3.2
12	150	60	210	71	2.3
13	120	120	240	50	3.5
14	100	150	250	40	2.8
15	150	150	300	50	3.7
16	180	220	400	45	3.8
17	200	200	400	50	4.3

얻어진 조질압연 롤을 가지고 기가급 냉연강판(인장강도: 1180MPa)을 조질압연 하여 강판의 표면에 미세압흔(요철)이 전사되도록 하였다. 조질압연시 압하력을 표 2에 나타낸 바와 같이 조절하였다.

이조질압연된 기가급 초고강도 냉연강판 표면에 전사된 초기 미세압흔과 5㎞사용 후 냉연강판에 전사된 미세압흔의 평균조도(Ra)는 2차원 표면조도계(KOSAKA사)를 사용하여 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

또한 조질압연된 기가급 초고강도 냉연강판의 프레스 성형성은 반복마찰계수로 평가하였으며, 그 결과 역시 표 2에 나타내었다. 반복마찰계수는 상온에서 스프레이로 냉연강판의 표면에 세정유를 분사하여 도포한 후, 고속회전마찰시험기로 200x200㎜ 면적의 상기의 냉연강판의 표면을 크기가 18*28㎜인 팁(tip)에 하중을 5㎫로 하여 초당 200㎜/sec의 속도로 40회 회전시킨 후의 마찰계수 값으로 하였다.

또한, 조질압연된 기가급 초고강도 냉연강판의 표면 평균조도(Ra) 및 가공성 등의 품질 평가를 상기와 같은 조건에서 실시하여 그 결과도 표 2에 나타내었다. 표 2에서 조질압연 압하력은 톤(ton) 단위, 조도는 ㎛ 단위로 나타내었다.

No.	조질압연 압하력	롤 가공 직후 조질 압연시 강판 평균 조도(Ra)	5km 압연 후 조질 압연 시 강판 평균 조도(Ra)	40회 반복마찰계수	비고
1	300	0.6	0.25	0.25	기존예
2	150	0.55	0.45	0.153	비교예
3	150	0.52	0.4	0.175	비교예
4	150	0.45	0.38	0.18	비교예
5	150	0.5	0.48	0.16	비교예
6	150	0.75	0.55	0.16	비교예
7	150	0.92	0.78	0.155	비교예
8	150	1.02	0.92	0.135	발명예
9	150	0.75	0.68	0.14	비교예
10	150	1.55	1.35	0.12	발명예
11	150	1.28	1.08	0.125	발명예
12	150	0.83	0.68	0.145	비교예
13	150	1.4	1.25	0.12	발명예
14	150	1.1	1.05	0.13	발명예
15	150	1.45	1.28	0.12	발명예
16	150	1.35	1.22	0.13	발명예
17	150	1.5	1.28	0.12	발명예

이 결과에 의하면, 본 발명의 구현례에 따라 제조된 조질압연 롤로 압하력 150톤으로 조질압연한 경우(No. 8, No.10~11, No.13~17)로서, 롤 가공 직후(즉, 가공된 롤을 조질 압연기에 설치한 후 바로 조질압연한 경우) 및 5km 압연한 이후의 냉연강판 표면의 평균 조도가 모두 0.9㎛ 이상이며, 그 결과 40회 반복마찰계수가 0.15이하의 우수한 프레스 가공성을 나타내었다.

이에 반해 기존의 전기방전(EDT) 방식으로 가공한 조질압연 롤로 압하력 300톤으로 기가급 초고강도 냉연강판을 조질압연 하는 경우(No.1)에는 롤 가공 직후 및 5㎞사용 후 냉연강판의 표면 평균조도(Ra)가 0.9㎛이하이고, 40회 반복마찰계수가 0.25로 프레스 가공성을 확보하는 불가능하였다. 이와 같이 기존의 롤을 이용하는 경우에는 높은 압하력으로 가압한다고 하더라도 충분한 조도 형성 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 롤의 내구성이 감소하여 5km 사용한 이후에는 강판의 조도가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 표면 요철이 직사각형의 단면을 가지도록 조질압연 롤이 패터닝되더라도 미세요철의 피치, 산 분율 및 b/h 중에서 하나 이상의 수치가 본 발명에서 제어하는 범위를 벗어난 조질압연 롤로 압하력 조질압연한 경우(No.2~7, 9, 12)에는 롤 가공 직후 및 5㎞사용 후 조질압연된 기가급 냉연강판의 표면 평균조도(Ra)가 0.9㎛이하이거나 40회 반복마찰계수가 0.15를 초과하여 프레스 가공성이 열위하였다.

상술한 것처럼, 전기방전 등의 기존의 조질압연 롤로 기가급 초고강도 냉연강판을 조질압연하여 고조도를 확보하기 위해서는 고조도를 가지는 조질압연 롤을 높은 압하력으로 조질압연을 실시하여야 하므로 고조도의 롤 미세요철의 마모도가 크게 되어 롤 사용 수명이 매우 단축되었으나 조질압연 롤의 미세요철의 산의 크기가 골의 크기가 유사한 대칭구조로 패터닝한 본 발명의 경우에는 용이하게 고조도를 확보할 수 있기 때문에 조질압연 시 150톤 이하로 저압하 조질압연이 가능하다. 따라서, 기가급 초고강도 냉연강판의 고조도를 용이하게 확보할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 프레스 가공성을 확보할 수 있다. 또한 본 발명의 경우 규칙적인 미세요철의 형성 및 저압하 조질압연으로 롤 마모도가 작아 롤 사용수명이 크게 연장되었다.

Claims (9)

1. 강판의 표면에 요철형상을 전사하기 위한 조질압연 롤로서,
   상기 롤은 표면에 산 분율이 40~60% 이며, 피치(p)가 150㎛ 이상인 단면형상을 가지는 요철을 포함하며,
   상기 요철은 조도가 2.5㎛ 이상이고,
   상기 요철의 사각형 형상지수가 0.80 이상인 조질압연 롤.
   여기서, 사각형 형상지수는, 요철의 단면을 관찰하였을 때 산의 정상의 길이를 해당 산의 조도 중심선 길이로 나눈 값과 골의 바닥 길이를 해당 골의 조도 중심선 길이로 나눈 값의 평균으로 정의할 수 있다.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 요철의 피치는 200㎛ 이상인 조질압연 롤.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 요철의 피치는 400㎛ 이하인 조질압연 롤.
   
5. 삭제
6. 조질압연 롤을 준비하는 단계; 및
   레이저 가공, 포토 에칭, 레이저 에칭 및 전자빔 텍스처링(EBT) 중에서 선택된 하나 이상의 가공 방법을 이용하여 상기 조질압연 롤 표면에 사각형 형상지수가 0.80 이상이고, 산 분율이 40~60% 이며, 피치(p)가 150㎛ 이상인 단면형상을 가지는 요철이 형성되도록 가공하는 단계를 포함하고,
   상기 요철은 조도가 2.5㎛ 이상인 조질압연 롤의 제조방법.
   
7. 냉연강판을 준비하는 단계; 및
   상기 냉연강판의 표면을 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 조질압연 롤로 조질압연하는 단계를 포함하며,
   상기 조질압연시 압하력은 150톤 이하인 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉연강판은 인장강도가 1GPa 이상인 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법.
   
9. 제 7 항에 있어서, 상기 조질압연된 냉연강판은 표면에 조도가 0.9㎛ 이상인 조도의 요철을 가지는 초고강도 냉연강판의 제조방법.
   

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