KR102415068B1

KR102415068B1 - 고강도 저비중 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102415068B1
Application number: KR1020200113580A
Authority: KR
Inventors: 구민서; 곽재현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2022-06-29
Also published as: KR20220032155A

Abstract

본 발명은 강도와 연성이 우수한 저비중 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것에 관한 것으로, 자세하게는 중량%로, C:0.4~0.8%, Mn: 10~15%, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, Al: 6∼8%, N: 0.01%이하, Ce:0.05~0.1%, La: 0.06% 이하의 조성을 만족하고 나머지는 Fe 및 기타의 불순물로 이루어지고, 최종 미세조직이 면적 분율로 40%이상 70%미만의 잔류 오스테나이트와 나머지 페라이트로 이루어지는 2상 조직을 포함하는 저비중 고연성 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

고강도 저비중 강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH AND LOW DENSITY STEEL PLATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 강도와 연성이 우수한 고강도 저비중 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근의 자동차는 각종 전장 장치의 탑재로 인해 계속해서 그 무게가 증가하고 있다.

특히 기존의 화석 에너지가 아닌 전기를 이용한 새로운 연료 자동차가 등장함에 따라, 배터리 등 자동차 연료시스템의 무게는 기존의 내연기관에 비해 대폭적으로 늘어날 것으로 예상된다.

이에 따라 자동차 차체의 무게를 현저히 감소시킬 수 있는 경량소재의 개발이 더욱 요구되고 있다.

강(steel)은 강도와 연성이 알루미늄과 마그네슘보다 현저히 우수하고 가격 또한 매우 경제적이라는 이점이 있다.

상기의 이점으로 인해 지금까지는 고강도 고연성 강판의 두께를 얇게 함으로써 차체의 경량화를 달성하여 왔다.

그러나 강의 높은 비중으로 인해 자동차에 있어서 요구되는 경량화 한계를 충족시키지 못하는 경우, 알루미늄이나 마그네슘과 같은 비철계 경량금속의 사용은 불가피하다.

이에 따라 강판의 두께를 감소시키려는 시도와 함께 비중이 낮은 알루미늄과 같은 합금원소를 강에 첨가하여 강의 무게를 줄이려는 노력들이 시도되어 왔다.

현재까지 알려진 제조 기술들 중 하나로서 오스테나이트계 강의 경우, 극저탄소강에 8 중량 %까지의 Al을 첨가하고 10~30 중량% Mn을 첨가하여 변형유기소성(transformation induced plasticity, TRIP)과 쌍정유기소성(twining induced plasticity, TWIP) 특성을 이용한 오스테나이트계 제조기술이 공지되어 있다.

페라이트계의 경우, C 함량이 0.0035 중량 % 이하의 극저탄소강에 2.0∼10.0 중량 %의 Al을 첨가한 페라이트계 강의 제조기술이 보고되었다.

또한 0.8∼1.2 중량% C를 함유하고 10∼30 중량% Mn과 8∼12 중량 %의 Al을 첨가한 공지기술과 0.20 중량 %이하의 C와 2.5∼10 중량%의 Al을 첨가한 공지기술은 (Fe, Mn)₃AlC와 집합조직 제어를 통하여 강성을 확보하고 연성을 어느 정도 확보 하였다고 보고하고 있다.

그러나 상기 페라이트계 공지 기술들은 보고하는 바와는 달리 실제 인장강도는 400MPa 수준으로 낮고 연신율 역시 25% 수준에 불과한 것으로 나타났다.

상기 종래 기술들의 낮은 강도와 연신율을 해결하는 수단으로 본 발명자 등이 개발한 이상조직(duplex) 경량 강판은 페라이트 기지 조직에 다량의 잔류 오스테나이트를 함유하여 변형유기소성(transformation induced plasticity, TRIP)을 일으키고 페라이트 집합조직을 제어함으로써 릿징(ridging)이 없고 강도와 연성이 모두 우수한 장점이 있다.

그러나 상기 이상조직 경량 강판은 오스테나이트와 펠라이트 이상 조직에서 기인한 열간 압연 시 생성된 밴드형태의 미세조직이 냉간 압연시 강판의 에지에 에지 크랙(edge crack)을 유발하는 문제가 있다.

상기 밴드형태의 미세조직의 제거를 위해서는 열처리 공정의 추가가 필요하며, 상기 추가적인 열처리 공정은 생산성을 크게 저하시킬 수 밖에 없는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 강도와 연신율이 우수한 저비중 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명은 인장강도 800MPa 이상이고 인장강도와 연신율의 밸런스(TS*El) 값이 20,000MPa% 이상을 만족하고 항복비(yield ratio, YR)가 0.8 이상이며 냉간 압연 후 에지 크랙이 없는 저비중 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로 본 발명은 강판의 성분 및 조성범위와 함께 미세조직, 특히 잔류 오스테나이트의 분율 제어를 통해, 인장강도 800MPa 이상이고 인장강도와 연신율의 밸런스(TS*El) 값이 20,000MPa% 이상을 만족하고 항복비(yield ratio, YR)가 0.8 이상이며 냉간 압연 후 에지 크랙이 없는 저비중 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 냉간 압연 및 열연판 소둔 후에 별도의 열처리 공정을 필요하지 않는 저비중 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 구체화된 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강판은 중량%로, C:0.4~0.8%, Mn: 10~15%, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, Al: 6∼8%, N: 0.01%이하, Ce:0.05~0.1%, La: 0.06% 이하의 조성을 만족하고 나머지는 Fe 및 기타의 불순물로 이루어지고, 면적 분율로 40%이상 70%미만의 잔류 오스테나이트와 나머지 페라이트로 이루어지는 2상 조직을 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 강판의 밀도는 7.0g/㎤ 이하인 저비중 고연성 고강도 강판이다.

바람직하게는 인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)의 값이 20,000MPa% 이상을 만족하는 저비중 고연성 고강도 강판이다.

바람직하게는 항복비(YR)가 0.8 이상인 저비중 고연성 고강도 강판이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 구체화된 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고연성 고강도 강판의 제조 방법은, 중량%로 C:0.4~0.8%, Mn: 10~15%, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, Al: 6∼8%, N: 0.01%이하, Ce:0.05~0.1%, La: 0.06% 이하의 조성을 만족하고 나머지는 Fe 및 기타의 불순물로 이루어지는 슬래브를 1000~1200℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 700℃이상의 온도에서 마무리 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연된 열연 강판을 권취하는 단계; 상기 열간 압연된 열연 강판을 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연된 냉연 강판을 750 ~ 900℃의 온도범위에서 소둔 열처리를 행하는 단계;를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 냉간 압연 단계에서의 압하율은 40% 이상인 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법이다.

바람직하게는 상기 소둔 열처리 단계에서의 가열 속도는 1~20℃/s인 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법이다.

바람직하게는 상기 소둔 열처리 단계에서의 균열 시간은 10~180s인 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법이다.

바람직하게는 상기 소둔 열처리 단계 이후 400℃까지 1~100℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법이다.

본 발명에 의하면, 기존의 AHSS(Advanced High Strength Steel)인 TRIP, DP, CP강과 같은 수준의 인장강도에 연성을 대폭 향상시킨 고강도 저비중 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 성형성 및 에너지 흡수능이 높고 7.0g/㎤이하의 고강도 저비중 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

그 결과 본 발명에 의하면, 강성이 우수하고 자동차용 차제의 경량화에 현저한 효과를 가지는 고강도 저비중 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 세륨(Ce)의 조성 범위에 따른 냉연판의 에지부를 관찰한 사진이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에서는 구체적으로 최종 미세조직이 기지인 페라이트 내에 40%이상 70%미만의 오스테나이트를 포함하는 이상 조직으로 구성되며 인장강도 800MPa 이상이고 항복비(yield ratio, YR)가 0.8 이상이며 냉간 압연 후 에지 크랙이 없는 저비중 고강도 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 발명하고자 한다.

상기 특성을 만족하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강판은 상기 저비중, 높은 인장강도, 우수한 인장강도와 연신율의 밸런스 값 특성을 만족시키기 위해 구체적으로 다음의 합금 원소들을 포함할 수 있다.

후술하는 각 성분의 함량 또는 조성범위는 별도로 언급하지 않는 한 모두 중량% 기준임을 미리 밝혀둔다.

탄소(C)는 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판에서 오스테나이트를 안정화시킬 뿐만 아니라 세멘타이트에 의한 분산강화 작용을 하는 가장 중요한 원소이므로 제어되는 범위 내에서 강(또는 강재) 중에 함유될 필요가 있다.

특히 연속주조 중 형성되는 주상정은 재결정이 빠르므로 열간압연 시 조대한 대상의 조직을 형성하게 된다. 이 때 탄소의 첨가는 강 또는 강판 내에서 고온의 탄화물을 형성시켜 조직을 미세화시키고 강도를 증가시키게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 또는 강판 내에서 탄소는 중량%(이하 %라 한다)로 0.4~0.6%의 범위에서 함유된다.

만일 탄소가 본 발명의 일 실시예의 강 또는 강판 내에 0.4%보다 적게 첨가되면, 강의 미세조직 조대화와 강도의 하락을 초래하여 기계적 특성 목표를 달성하기 어려워지는 문제점을 가진다.

반면 탄소가 본 발명의 일 실시예의 강 또는 강판 내에 0.6%보다 많이 첨가되면, 과도한 탄소는 강 내에서 세멘타이트와 카파 탄화물(κ carbide)이 증가하여 강도상승에는 기여하지만 강의 연성이 현저히 저하한다. 특히 Al이 첨가된 강에서는 카파 탄화물이 페라이트 결정입계에 석출하여 취성을 일으키는 문제가 있다.

망간(Mn)은 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판에서 탄소와 함께 탄화물의 특성을 제어하고, 고온에서 오스테나이트 형성에 기여하는 작용을 하는 원소이다.

망간은 탄소와 공존함으로써 탄화물의 고온석출을 조장 하고, 그에 따라 입계의 탄화물을 억제함으로써 열간 취성을 억제하며 최종적으로 강판의 강도향상에 기여한다.

또한 망간은 강의 격자상수를 증가시켜 밀도를 저하시키기 때문에 강의 비중을 낮추는 역할을 한다.

망간은 고용강화에 의해 강도를 향상시키고 저온변태상이 생성되도록 경화능을 향상시키는 유용한 원소이므로 제어되는 범위 내에서 강(또는 강재) 중에 함유될 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 내에서 망간은 중량 %로 10~15%의 범위에서 함유된다.

만일 망간이 본 발명의 일 실시예의 강 또는 강판 내에 10%보다 적게 첨가되면, 강의 인장강도를 만족시키지 어려워질 뿐만 아니라 밀도가 높아지는 문제점을 가진다.

반면 망간이 본 발명의 일 실시예의 강 또는 강판 내에 15%보다 많이 첨가되면, 과도한 망간은 중심 편석 및 열연판에서 지나친 밴드조직을 유발하여 연성을 저하시키기 때문에 크게 저하시키는 문제가 있다.

인(P)과 황(S)은 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판에서 취성을 유발하는 원소이므로 제어되는 범위 내에서 강(또는 강재) 중에 그 함량을 최소화할 필요가 있다.

특히 인은 본 발명에서 최대한 억제가 필요한 원소이다.

인은 입계에 편석하여 고온 취성과 상온 취성을 모두 유발하므로 강의 가공성을 현저히 저하시킨다.

또한 다량의 인이 강 또는 강판 내에 함유되면, 강 또는 강판 표면에 <100> 방위의 집합조직이 발달하여 리징이 증가하므로 그 함량은 0.02% 이하로 제한된다.

황은 인과 마찬가지로 고온 취성을 조장한다.

황은 강 내에서 특히 조대한 MnS를 형성하여 열연 및 냉연 시 압연 판 파단의 원인이 되기 때문에 그 함량은 0.015%이하로 제한된다.

알루미늄(Al)은 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판에서 C, Mn과 함께 가장 중요한 원소이다.

알루미늄은 고유의 낮은 밀도로 인해 강재의 비중을 저감시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 또는 강판 내에서 알루미늄은 중량 %로 6~8%의 범위에서 함유된다.

만일 알루미늄이 본 발명의 일 실시예의 강 또는 강판 내에 6%보다 적게 첨가되면, 강의 저밀도를 달성하기 어려워지는 문제점을 가진다.

반면 알루미늄이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 8%보다 많이 첨가되면, 강 내에 카파 탄화물 및 FeAl 및 Fe₃Al과 같은 금속간 화합물이 증가하여 강의 연성이 현저히 저하되는 문제가 있다.

질소(N)는 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판과 같이 다량의 알루미늄을 함유하는 경우 AlN 정출을 유발하여 주상정 조직의 미세화와 함께 등축정율(등축정의 비율) 향상에 매우 효과적인 원소이다.

반면 질소의 함량을 증가시키기 위해서는 제조 비용이 증가하고 또한 연주 시 노즐 막힘이나 과도한 AlN의 석출에 의한 연성증가의 원인이 되므로 그 함량은 0.01% 이하로 제한된다.

세륨(Ce)은 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판에서 열연조직의 미세화를 통한 냉간 압연 시 크랙 억제에 중요한 역할을 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 또는 강판 내에서 세륨은 중량 %로 0.05~0.1%의 범위에서 함유된다.

만일 세륨이 본 발명의 일 실시예의 강 또는 강판 내에 0.05%보다 적게 첨가되면, 냉간 압연 시 에지 크랙의 형성을 억제하기 어려워지는 문제점을 가진다.

반면 세륨이 본 발명의 일 실시예의 강 또는 강판 내에 0.1%보다 많이 첨가되면, 세륨은 매우 고가의 원소이므로 제조비용의 상승을 초래하고 입계에 석출되어 오히려 압연성을 저하시킬 수 있는 문제점을 가진다.

란타넘(La)도 세륨와 동일하게 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판에서 열연조직의 미세화 및 냉연 크랙 억제에 중요한 역할을 한다.

그러나 란타넘도 매우 고가의 원소이므로 제조비용의 상승문제와 입계 석출로 인한 압연성 저하의 우려가 있기 때문에 그 함량은 0.06% 이하로 제한된다.

다음으로 본 발명의 강판의 미세조직에 대해 설명한다.

본 발명의 강판에는 잔류 오스테나이트가 포함되어야 한다.

상기 잔류 오스테나이트는 페라이트 기지 조직의 낮은 강도를 보 완해주면서 아울러 충분한 연성을 구비하도록 도와주는 역할을 하므로 면적 분율로 40% 이상 70% 미만의 범위로 포함된다.

만일 잔류 오스테나이트의 양(면적 분율)이 40%보다 적게 되면, 강판의 연성이 저하되어 인장강도와 연신율의 밸런스(TS*El) 값이 저하되는 문제가 있다.

반면 잔류 오스테나이트의 양이 70%이상으로 많아지면, 항복비(YR)가 낮아져서 상기 강판의 적용되는 차체의 강성을 확보할 수 없는 문제가 있다.

이하에서는 상기와 같은 본 발명의 저비중 고강도 강 또는 강판을 제조하는 방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강 또는 강판의 제조방법은 슬라브 재가열 - 조압연 - 사상압연 - 냉각 - 냉간압연 - 소둔 열처리의 과정을 포함할 수 있으며, 각 과정별 상세한 조건은 아래와 같다.

슬라브 재가열 단계: 1,000℃ 이상 1,200℃ 이하

본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강 또는 강판의 제조방법에 있어서 슬라브 재가열 단계는 오스테나이트 결정립의 과도한 조대화 없이 유동 응력(flow stress)을 낮추어 후속 열간 압연 온도를 확보할 수 있도록 하기 위한 공정이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강재의 제조방법에 있어서 슬라브 재가열 온도는 바람직하게는 1,000~1,200℃일 수 있다.

만일 재가열 온도가 1,200℃를 초과하면, 슬라브에 조대립이 형성되어 리징성 및 열연 취성이 나타날 수 있는 문제가 있다.

반면 재가열 온도가 1,000℃ 미만이면, 열간 마무리압연 온도가 너무 낮아 박강판을 제조하기 어렵고 압연 중 고압수 분사에 의한 고온 표면 산화 피막을 제거할 수 없어 표면결함이 발생하는 문제가 있다.

마무리 열간 압연 온도: 700℃ 이상 850℃ 이하

본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강 또는 강판의 제조방법에 있어서 마무리 열간 단계압연 단계의 온도가 높으면 결정립 미세화에 효과적이지 못하다.

따라서 850℃ 이하에서 마무리 열간 압연하는 것이 바람직하다.

반면 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강 또는 강판은 고온에서 이상조직(duplex)을 가지므로 연성이 우수한 페라이트에 의해 열연이 잘 이루어지는 특징이 있다.

그러나 열간 압연 온도가 낮을수록 압연 하중은 증가하므로, 700℃ 이상에서 마무리 압연하는 것이 바람직하다.

권취, 산세 및 조질압연:

열간 마무리 압연 후 통상의 방법으로 권취하여 열연 강대 및 코일을 제조한다.

이와 같이 제조된 열연재는 산세, 조질압연 및 오일링 된 다음 열연 강판으로 제조될 수 있다.

특히 이상조직(duplex) 강은 상대적으로 부드러운(soft) 페라이트와 상대적으로 단단한(hard) 오스테나이트의 2상 조직을 가지며, 상기 열간 압연 도중에 대부분 상기 페라이트가 변형된다.

왜냐하면 강도가 낮은 페라이트는 열간 가공 동안 회복(recovery)과 재결정(recrystalization)이 매우 빠르게 발생하기 때문이다.

이에 따라 열간 가공 후에 페라이트 기지 조직에 탄화물이나 오스테나이트가 층상으로 배열하는 밴드(band) 형태의 미세조직이 형성되는 문제가 발생할 수 있다.

밴드 조직은 강의 기계적 성질 이방성을 야기하고 가공성을 저하시키며 후속 냉간 압연 과정 중에 취성 파괴를 일으키는 원인이 될 수 있다.

이를 해소하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강 또는 강판의 제조방법에서는 Ce 및 La를 첨가함으로써 밴드형태의 열연 조직이 미세화되어 냉간 압연 중 취성 파괴를 억제할 수 있다.

냉간압연: 압하율 40% 이상

열연강판은 산세 후 통상의 방법으로 냉간 압연된다.

이 때 냉간 압연 시의 압하율은 40% 이상으로 해야 냉간 가공에 의해 축적에너지가 확보되고 새로운 재결정 조직을 얻을 수 있다.

연속 소둔: 균열 온도 750℃ 이상 900℃ 이하/가열속도 1~20℃/s/균열시간 10~180s

냉간 압연된 강판은 표면의 압연유가 제거되고 연속 소둔이 수행된다.

이 때 가열속도는 1~20℃/s 범위로 급속가열 한다.

만일 가열속도가 1℃/s 미만이 되면, 생산성이 저하되고 고온에 너무 오래 머무르므로 결정립 조대화와 강도저하가 발생하여 재질이 저하될 수 있다.

반면 가열속도가 20℃/s를 초과하게 되면, 탄화물의 재용해가 미흡하기 때문에 오스테나이트의 형성량이 감소하여 최종적으로 잔류 오스테나이트 양이 감소함으로써 연성이 낮아지는 문제가 있다.

한편 소둔 중에는 재결정 및 결정립 성장이 충분히 이뤄지도록 하기 위한 균열 온도 및 균열 시간이 필요하다.

특히 균열 온도는 상기 소둔 과정 중에 페라이트의 정적 재결정을 일으키기에 충분한 열에너지를 공급하기 위해 매우 중요하다.

나아가 균열 온도는 강판의 미세 조직, 특히 잔류 오스테나이트의 면적 분율의 제어에 있어 매우 중요하다.

상기의 기술적 이유들로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 저비중 고강도 강 또는 강판의 제조방법에서의 소둔 중 균열 온도는 750~900℃의 온도 구간일 수 있다.

만일 균열 온도가 750℃보다 낮은 경우, 상기 균열 온도는 페라이트의 재결정 온도보다 낮기 때문에 강판 내에는 가공경화 조직이 그대로 유지되어 연성 확보가 어려운 문제가 발생한다. 특히 잔류 오스테나이트의 면적 분율이 40%보다 낮아져서 낮은 연성으로 인해 인장강도와 연신율의 밸런스가 취약해지는 문제가 발생한다.

반면 균열 온도가 900℃보다 높은 경우, 결정립 성장이 지나치게 조장되어 조대한 결정립으로 인해 항복 강도가 저하되는 문제가 있다. 특히 잔류 오스테나이트의 면적 분율이 70% 이상으로 높아져서 항복비가 낮아지는 문제가 발생한다.

한편 균열 시간은 10초~180초 범위로 유지하는 것이 바람직하다.

만일 균열 시간이 10초보다 짧은 경우, 상기 균열 온도가 750℃보다 낮은 경우와 유사한 문제가 발생하게 된다. 구체적으로 강판에 가해지는 열에너지가 충분하지 아니하여 상기 소둔에 의해서도 재결정은 발생하지 않고 가공경화 조직이 그대로 유지되며 잔류 오스테나이트 면적 분율이 낮아져서 연성 및 상기 밸런스 확보가 어려운 문제가 발생한다.

반면 균열시간이 180초를 초과하는 경우, 상기 균열 온도가 900℃보다 높은 경우와 유사한 문제가 발생하게 된다. 구체적으로 결정립 성장이 지나치게 조장되어 조대한 결정립으로 인해 항복 강도가 저하되고 항복비가 낮아지며 생산성이 너무 저하되는 문제가 있다.

소둔 후 냉각: 400℃까지 1~100℃/s 냉각속도로 냉각

상기 소둔 이후 강판은 400℃까지 1~100℃/s의 냉각속도로 냉각된 후 통상의 방법과 같이 항온 유지되거나 필요에 따라 내식성 확보를 위해 Zn, Zn-Fe, Zn-Al, Zn-Mg, Zn-Al-Mg, Al-Si, Al-Mg-Si 등의 도금층을 편면당 10~200㎛의 두께로 포함하는 양면 도금 강판으로 제조될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예의 방법으로 제조된 본 발명의 저비중 고강도 강판은 페라이트 기지에 잔류 오스테나이트와 탄화물이 분산되어 인장강도가 800MPa 이상 수준에서 강도-연성 조합이 매우 우수한 특징을 가진다.

또한 상기와 같은 본 발명의 일 실시예의 방법으로 제조된 본 발명의 저비중 고강도 강판은 냉연 취성에 민감한 열연 밴드형태의 조직을 분해하기 위한 추가 열처리 공정 없이도 밴드조직을 미세화시킬 수 있으므로 냉연 크랙을 억제할 수 있으며, 페라이트 기지에 40% 이상 70% 미만 면적 분율의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.

그 결과 본 발명은 인장강도가 800MPa 이상, 연신율도 25% 이상인 강도 및 연성이 우수하고 성형성도 우수하며 항복비가 0.8 이상이며 에지부에 크랙이 발생하지 않는 열연강판 및 냉연강판을 제공할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

[실시예]

[표 1]

상기 표 1에서의 발명강 1~5는 본 발명에서 제시한 성분 및 조성 범위를 모두 만족하는 반면 비교강 6~8은 본 발명에서 제시한 성분 및 조성범위를 만족하지 않는 강이다.

상기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 진공유도 용해에 의해 제작하고 1150℃의 온도로 가열하여 추출한 후, 750~850℃의 범위에서 열간 압연을 마무리하였다.

열간 압연된 두께 3.0mm의 열연 강판은 500~700℃의 온도에서 1시간 유지 후 노냉되어 상온까지 냉각 후 냉간 압연되어 최종 두께 1.0mm의 냉간 압연 강판으로 제조되었다.

냉간 압연된 강판은 5℃/s의 가열 속도로 730~930℃까지 가열되어 60s 동안 유지된 다음 600~680℃로 서냉된 후, 다시 20℃/s의 냉각속도로 400℃까지 급냉되고 100초간 항온 유지된 다음 상온까지 냉각되었다.

상기 표 1의 성분 및 조성범위를 가지며 상기의 방법으로 제조된 냉연 강판의 기계적 성질과 잔류 오스테나이트 분율은 아래의 표 2와 같다. 상기 각 발명강 및 비교강의 잔류 오스테나이트의 양은 자기포화법을 이용하여 측정되었다.

[표 2]

먼저 본 발명의 발명예 1 내지 5는 냉간압연 시 냉연판의 에지부 크랙 발생 정도가 500㎛ 이하로 매우 양호한 품질을 나타내었고, 인장강도가 800MPa이상 고강도이면서 연신율이 25%이상, YR비가 0.8이상의 매우 우수한 특성을 얻을 수 있다.

일반적인 구조용 강에서는 항복비(YR)가 낮은 것이 연성 파괴를 도모할 수 있어서 바람직하나, 본 발명의 강판은 자동차의 강성을 담당하는 부품(예를 들면, 차체의 내충격성 향상을 위한 멤버(member), 시트레일(seat rail), 필라(pillar) 등의 구조부재 등에 적용되므로 항복비가 높아야 한다.

특히 상기 부품들은 자동차의 충돌 시 충돌에너지를 흡수해야 하므로 항복비가 높은 고강도 강판이 요구된다.

따라서 만일 항복비가 0.8보다 낮게 되면, 자동차의 충돌 에너지를 효과적으로 흡수하기 어려워지는 문제가 발생한다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉연 강판은 세륨의 조성범위가 중량 %로 0.05%보다 낮은 경우 에지부 크랙이 발생함을 알 수 있다.

본 발명의 발명예 1 내지 5, 그리고 비교예 7 및 8은 모두 세륨 조성범위가 0.05% 이상이므로 상기 표 2에서 정리된 바와 같이 냉간 압연 시 냉연 강판의 에지부에 크랙이 발생되지 않았다.

반면 본 발명의 비교예 6의 세륨 조성범위는 중량 %로 0.05%보다 낮으므로 냉연 강판의 에지부에서 크랙이 관찰되었다.

한편 본 발명의 비교예 1-1 내지 8-1은 모두 소둔 온도가 페라이트 재결정 온도보다 낮은 730℃에서 냉연판 소둔되어 재결정이 발생되지 않고 가공경화 조직이 유지되고 잔류 오스테나이트의 면적 분율이 낮아서 연성이 감소하고 인장강도와 연신율의 밸런스 값이 20,000MPa%보다 낮은 것으로 나타났다.

이에 반해 본 발명의 비교예 1-3 내지 8-3은 모두 소둔 온도가 페라이트 재결정 온도보다 높은 930℃에서 냉연판 소둔되어 결정립 성장이 지나치게 조장되어 조대한 결정립을 가지며 지나치게 높은 잔류 오스테나이트의 면적 분율로 인해 강도(특히 항복강도)가 저하됨에 따라 항복비가 0.8보다 낮은 것으로 나타났다.

한편 본 발명의 비교예 7-2는 중량 %로 8%의 낮은 망간의 조성범위로 인해 강도가 저하됨에 따라 인장강도와 연신율의 밸런스 값이 20,000MPa%보다 낮을 뿐만 아니라 항복비가 0.8보다 낮은 것으로 나타났다.

또한 본 발명의 비교예 8-2는 비교예 6-2와 유사하게 중량 %로 0.3%의 낮은 탄소의 조성 범위로 인해 강도가 저하됨에 따라 인장강도와 연신율의 밸런스 값이 20,000MPa%보다 낮을 뿐만 아니라 항복비가 0.8보다 낮은 것으로 나타났다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 실시예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims

중량%로, C:0.4~0.8%, Mn: 10~15%, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, Al: 6∼8%, N: 0.01%이하, Ce:0.05~0.1%, La: 0.06% 이하의 조성을 만족하고 나머지는 Fe 및 기타의 불순물로 이루어지고,
최종 미세조직이 면적 분율로 40%이상 70%미만의 잔류 오스테나이트와 나머지 페라이트로 이루어지는 2상 조직을 포함하며,
항복비(YR)가 0.8 이상인, 저비중 고연성 고강도 강판.
제1항에 있어서,
상기 강판의 밀도는 7.0g/㎤ 이하인 저비중 고연성 고강도 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
인장강도와 연신율의 밸런스(TS×El)의 값이 20,000MPa% 이상을 만족하는 저비중 고연성 고강도 강판.
삭제
중량%로 C:0.4~0.8%, Mn: 10~15%, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, Al: 6∼8%, N: 0.01%이하, Ce:0.05~0.1%, La: 0.06% 이하의 조성을 만족하고 나머지는 Fe 및 기타의 불순물로 이루어지는 슬래브를 1000~1200℃의 온도로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 700℃이상의 온도에서 마무리 열간 압연하는 단계;
상기 열간 압연된 열연 강판을 권취하는 단계;
상기 열간 압연된 열연 강판을 냉간 압연하는 단계;
상기 냉간 압연된 냉연 강판을 750 ~ 900℃의 온도범위에서 소둔 열처리를 행하는 단계;를 포함하며,
최종 미세조직이 면적 분율로 40%이상 70%미만의 잔류 오스테나이트와 나머지 페라이트로 이루어지는 2상 조직을 포함하고, 항복비(YR)가 0.8 이상인 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 냉간 압연 단계에서의 압하율은 40% 이상인 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 소둔 열처리 단계에서의 가열 속도는 1~20℃/s인 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 소둔 열처리 단계에서의 균열 시간은 10~180s인 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 소둔 열처리 단계 이후 400℃까지 1~100℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 저비중 고연성 고강도 강판의 제조방법.