KR102496311B1 - 고강도 및 고성형성 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고강도 및 고성형성 강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따른 고강도 및 고성형성 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고, 항복강도(YS): 600 MPa 이상, 인장 강도(TS): 980 MPa 이상, 연신율(EL): 20% 이상, 및 인장강도와 연신율의 곱: 20,000 MPa% 이상을 만족한다.

Description

고강도 및 고성형성 강판 및 그 제조방법{Steel sheet having high strength and high formability and method for manufacturing the same}
본 발명은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 및 고성형성 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에, 자동차의 안전성, 경량화의 관점에서 자동차용 강판의 고강도화가 더욱 빠르게 진행되고 있다. 승객의 안전을 확보하기 위해서 자동차의 구조 부재로 사용되는 강판은 강도를 높이거나 두께를 증가시켜 충분한 충격 인성을 확보해야 한다. 또한, 자동차용 부품에 적용되기 위해서는 충분한 성형성이 요구되며, 자동차의 연비향상을 위해서는 차체 경량화가 필수적이기에, 자동차용 강판을 지속적으로 고강도화하고 성형성을 높이기 위한 연구가 진행 중이다.
자동차 등의 운송수단의 구조부재로 적용되는 강판에 대한 경량화를 이루기 위해, 기존 강재의 강도 및 연신율을 향상시키려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 자동차 용도로 이용되는 부품 중 충돌 안전성을 좌우하는 멤버류, 필러류는 복잡한 형상 때문에 기존의 페라이트 및 마르텐사이트의 두 가지 상으로 연신율을 확보하는 이상강(Dual-phase steel)의 기계적 특성으로는 적절한 성형성을 확보할 수가 없다. 따라서, DP강보다 우수한 연성을 나타내는 고강도 강판으로서, 변태유기소성강 (Transformation induced plasticity steel)이 주목받고 있다. 이러한 TRIP강은 폴리고날 페라이트를 주상(main phase)으로 하여 잔류 오스테나이트를 포함하는 TRIP형 복합 조직강(TPF강)과, 베이니틱 페라이트를 모상(mother phase)으로 하여 잔류 오스테나이트를 포함하는 TRIP형 베이나이트강(TBF강) 등의 여러 종류로 분류된다. 하지만 현재 사용되고 있는 일반적인 TRIP강은 혼합 법칙(Rule of mixture; ROM)의 한계를 벗어날 수 없기 때문에 980MPa 이상의 인장 강도, 20% 이상의 연신율, 및, 인장강도와 연신율의 곱이 20,000 MPa% 이상의 기계적 성질을 만족하기 어렵다.
한국특허출원번호 제10-2016-0077463호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고강도 및 고성형성 강판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 고강도 및 고성형성 강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 및 고성형성 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고, 항복강도(YS): 600 MPa 이상, 인장 강도(TS): 980 MPa 이상, 연신율(EL): 20% 이상, 및 인장강도와 연신율의 곱: 20,000 MPa% 이상을 만족할 수 있다,
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 오스테나이트의 분율은 11% ~ 15%이고, 상기 페라이트의 분율은 25% ~ 35%이고, 및 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 50% ~ 64%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 오스테나이트의 크기는 0.1 μm ~ 3 μm 범위이고, 상기 페라이트의 크기는 1 μm ~ 5 μm 범위이고, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 크기는 1 μm ~ 5 μm 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 오스테나이트의 평균 장축/단축 비는 2.0 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법은, (a) 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; (b) 상기 열연강판을 냉간 압연하여, 냉연강판을 제조하는 단계; (c) 상기 냉연강판을 820℃ ~ 850℃에서 소둔 열처리하는 단계; 및 (d) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강재를 준비하는 단계; (a-2) 상기 강재를 1,150 ~ 1,250℃에서 재가열하는 단계; (a-3) 상기 재가열된 강재를 900℃ ~ 950℃에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및 (a-4) 상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃에서 권취하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (c) 단계는, 상기 냉연강판을 3℃/초 ~ 8℃/초의 승온속도로 승온하고, 820℃ ~ 850℃에서 60초 ~ 300초 동안 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (d) 단계는, 상기 냉연강판을 5℃/초 ~ 10℃/초의 냉각속도로 730℃ ~ 770℃까지 1차 냉각하는 단계; 및 상기 냉연강판을 50℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 200℃ ~ 300℃까지 2차 냉각을 수행하고, 5초 ~ 20초 동안 유지하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (d) 단계를 수행한 후에, (e) 상기 냉연강판을 10℃/초 ~ 20℃/초의 승온속도로 가열하고, 400℃ ~ 460℃의 온도에서 10초 ~ 240초 동안 유지하는 후열처리단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (d) 단계를 수행한 후에, (e) 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 용융아연도금층을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 용융아연도금층이 형성된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (d) 단계 후에, 상기 강판은, 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고, 항복강도(YS): 600 MPa 이상, 인장 강도(TS): 980 MPa 이상, 연신율(EL): 20% 이상, 및 인장강도와 연신율의 곱: 20,000 MPa% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명에 따르면, 성분계 제어 및 공정 조건 제어를 통해, 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트로 이루어지는 미세조직을 가지고, 항복강도(YS): 600 MPa 이상, 인장 강도(TS): 980 MPa 이상, 연신율(EL): 20% 이상, 및 인장강도와 연신율의 곱: 20,000 MPa% 이상을 만족하는 고강도 및 고성형성 강판을 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 오스테나이트에서 장축/단축 비에 대한 결정립 수를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
기존의 변태유기소성강의 기계적 성질의 한계점을 극복하기 위하여, 주요 기지를 베이나이트가 아닌 마르텐사이트로 치환하여 고강도 및 적절한 연신율을 확보하는 차세대 초고강도 자동차 강판 개발 방향이 각 제강 업체의 주목을 받고 있다. 종래기술로서, 페라이트, 소둔 마르텐사이트, 및 잔류 오스테나이트의 복합조직을 형성한 경우에는, 고강도 및 고연신율을 확보하였으나, 낮은 페라이트의 분율로 인하여 항복비가 높아 가공성이 저하되었다. 다른 종래기술로서 가공성을 확보하기 위해 페라이트의 부피 분율을 상향시켰으나, 인장강도 1000MPa 이상 연신율 20% 이상, 인장강도와 연신율의 곱이 20,000 MPa%를 만족하지 못하였다. 다른 종래기술에서, 고강도 및 적절한 고성형, 가공성을 확보하였지만, 탄소 함량이 높아 용접성이 저하되었다. 다른 종래기술로서, 페라이트, 소둔 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 및 베이나이트의 복합조직으로 버링성이 우수한 고강도 냉연강판을 구현하였으나, 열처리 조건의 제약으로 인하여 일반 CGL (Continuous Galvanized Line)에서 생산하기 어렵다, 예를 들어 과시효 구간의 시간이 일반 CGL 대비하여 긴 시간을 요한다.
이하, 본 발명의 일 측면인 고강도 및 고성형성 강판에 대하여 설명한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 고강도 및 고성형성 강판은, 양산 가능한 공정 조건을 통해 최종 미세조직을 제어하여 안정적으로 높은 인장강도 및 연신율이 확보할 수 있고, 높은 강도임에도 불구하고 연신율이 우수한 특징이 있다.
고강도 및 고성형성 강판
본 발명의 일 측면에 따른 고강도 및 고성형성 강판은 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 및 고성형성 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.12% ~ 0.22%
탄소는 제강에 있어서 가장 중요한 합금 원소이며, 기본적인 강화 역할 및 오스테나이트 안정화를 주요 목적으로 한다. 오스테나이트 내 높은 탄소 농도는 오스테나이트 안정도를 향상시켜 재질 향상을 위한 적절한 오스테나이트 확보에 용이하다. 탄소의 함량이 0.12% 미만인 경우에는, 원하는 항복강도 및 연신율 확보가 어렵다. 탄소의 함량이 0.22%를 초과하는 경우에는, 탄소당량 증가에 따른 용접성의 하락을 가져올 수 있고, 냉각 중 펄라이트 등 시멘타이트 석출조직이 다수 생성될 수 있다. 따라서, 탄소의 함량은 강판 전체 중량의 0.12% ~ 0.22%인 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%
실리콘은 페라이트 내 탄화물(예를 들어, Fe3C) 형성을 억제하는 원소이며 탄소의 활동도를 높여 오스테나이트의 확산속도를 높인다. 실리콘은 또한 페라이트 안정화 원소로 잘 알려져 있어 냉각 중 페라이트 분율을 높여 연성을 증가시키는 원소로 알려져 있다. 실리콘의 함량이 1.6% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 실리콘의 함량이 2.4%를 초과하는 경우에는, 공정 시 강판 표면에 산화물(SiO2)이 형성되어 해당 부분 젖음성 열위에 따른 도금성 저하를 가져올 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량은 강판 전체 중량의 1.6% ~ 2.4%인 것이 바람직하다.
망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%
망간은 오스테나이트 안정화 원소로서, 망간이 첨가됨에 따라 마르텐사이트 형성 시작 온도인 Ms가 점차 낮아지게 되어 연속 소둔 열처리 공정 진행 시 잔류 오스테나이트 분율을 증가시키는 효과를 가져올 수 있다. 망간의 함량이 2.0% 미만인 경우에는, 강도 확보가 어렵다. 망간의 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는, 탄소당량을 높여 용접성을 크게 떨어뜨리고, 공정 시 강판 표면에 산화물(MnO)이 형성되어 해당 부분 젖음성 열위에 따른 도금성 저하를 가져올 수 있다. 따라서, 망간(Mn)의 함량은 강판 전체 중량의 2.0% ~ 3.0%인 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%
알루미늄은 실리콘과 같이 페라이트 안정화 및 잔류 오스테나이트 안정화하며, 또한 주로 고용 강화 및 탄화물 형성을 억제하는 역할을 한다. 알루미늄의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 알루미늄 첨가 효과가 불충분하다. 알루미늄의 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는, 연속주조 공정에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 알루미늄의 함량은 강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.05%인 것이 바람직하다.
티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%
티타늄, 바나듐, 및 니오븀은 강 내에서 탄화물의 형태로 석출되는 주요 원소이다. 상기 티타늄, 바나듐, 및 니오븀의 첨가 목적은 석출물 형성에 따른 초기 오스테나이트 결정립 미세화를 통한 잔류 오스테나이트 안정도 확보 및 강도 향상, 페라이트 결정립 미세화 및 페라이트 내 석출물의 존재에 의한 석출 경화에 있다. 티타늄, 바나듐, 및 니오븀의 함량의 총합이 0.05%를 초과하는 경우에는, 재질 저하 및 제조 원가 상승을 야기할 수 있다. 따라서, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 함량의 총합은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.05%인 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.015%
인은 강 내에서 실리콘과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 다만, 인이 강판 전체 중량의 0.015%를 초과하여 첨가되는 경우, 강판의 용접성을 저하시키고 취성을 증가시켜 재질 저하를 발생시킬 수 있다. 따라서, 인의 함량은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.015%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.003%
황은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 강의 인성 및 용접성을 저해하고 망간(Mn)과 결합하여 MnS를 형성함으로써 강의 내식성 및 충격특성을 저하시킨다. 따라서, 황의 함량은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.003%로 제한하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%
황은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 과잉으로 존재하면 질화물이 다량으로 석출되어 연성을 열화시킬 수 있다. 따라서, 질소의 함량은 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.006%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 고강도 및 고성형성 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제강 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 고강도 및 고성형성 강판은, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)과 같은 합금 원소를 첨가함으로써, 적절한 양의 탄화물을 형성하도록 유도하여, 성형성과 연신율의 큰 저하 없이 잔류 오스테나이트의 결정립을 미세화시킬 수 있다. 또한, 잔류 오스테나이트의 안정도를 적절히 확보하여, 변태유기소성기구의 강도, 연신율, 및 성형성을 확보할 수 있다. 또한, 페라이트의 결정립 미세화와 페라이트 내부에 석출물을 형성하여 석출 경화를 유도하여, 페라이트의 분율이 증가하면 발생되는 항복강도 및 인장 강도의 감소를 방지할 수 있다. 다만, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 총합을 0.05중량% 이하로 조절할 필요가 있다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 강판의 제조방법을 통해 제조된 고강도 및 고성형성 강판은, 항복강도(YS): 600 MPa 이상, 인장 강도(TS): 980 MPa 이상, 연신율(EL): 20% 이상, 및 인장강도와 연신율의 곱: 20,000 MPa% 이상을 만족할 수 있다. 상기 고강도 및 고성형성 강판은, 항복강도(YS): 600 MPa ~ 850 MPa, 인장 강도(TS): 980 MPa ~ 1180 MPa, 연신율(EL): 20% ~ 30%, 인장강도와 연신율의 곱: 20,000 MPa% ~ 25,000 MPa%를 만족할 수 있다.
상기 고강도 및 고성형성 강판의 재질에 영향을 주는 요인으로서, 변태유기소성현상에 따른 잔류 오스테나이트의 상변태에 의한 강도와 연신율 확보, 잔류 오스테나이트 안정도 확보와 페라이트에 의한 연신율 확보, 기본 기지인 템퍼드 마르텐사이트 자체에 의한 강도 증가, 결정립 미세화 및 석출 경화에 따른 강도 증가 등이 있다. 상기 고강도 및 고성형성 강판은 인장강도와 연신율의 곱이 20,000 이상으로서, 일반적으로 해당 초고강도 강도 수준에서 제안하는 값보다 우위에 있다.
상기 고강도 및 고성형성 강판은, 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가질 수 있다. 상기 오스테나이트의 분율은, 예를 들어 11% ~ 15%일 수 있다. 상기 페라이트의 분율은 전체적인 재질에 큰 영향을 미칠 수 있고, 예를 들어 25% ~ 35%일 수 있고, 28% ~ 32%일 수 있다. 상기 페라이트의 분율이 25% 미만인 경우에는, 항복비가 높아 가공성이 저하되고 연신율 확보에 불리할 수 있다. 상기 페라이트의 분율이 35%를 초과한 경우에는, 기지 조직인 템퍼드 마르텐사이트의 분율이 감소하게 되어 충분한 항복강도와 인장강도를 확보하기 어려울 수 있다. 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은, 예를 들어 50% ~ 64%일 수 있다. 상기 분율은 미세조직 사진을 이미지 분석기를 통하여 도출한 면적비율을 의미한다.
상기 오스테나이트의 크기는, 예를 들어 0.1 μm ~ 3 μm 범위일 수 있다. 상기 페라이트의 크기는, 예를 들어 1 μm ~ 5 μm 범위일 수 있다. 상기 템퍼드 마르텐사이트의 크기는, 예를 들어 1 μm ~ 5 μm 범위일 수 있다.
상기 오스테나이트는 잔류 오스테나이트로서, 강판의 강도 및 연신율 모두를 확보할 수 있는 핵심적인 조직이다. 상기 오스테나이트의 평균 장축/단축비는, 예를 들어 2.0 이상일 수 있고, 예를 들어 2.0 ~ 4.0 일 수 있다. 상기 장축/단축비가 2.0 미만인 경우에는, 상기 오스테나이트의 안정성이 낮아 높은 연신율 확보하기에 불리할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
고강도 및 고성형성 강판의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 상기 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법은, 강재를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계(S110), 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계(S120); 상기 냉연강판을 소둔 열처리하는 단계(S130); 및 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계(S140);를 포함한다.
상기 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법은, 상기 냉연강판을 후열처리하는 단계(S150);를 더 포함할 수 있다.
또한, 필요한 경우, 상기 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법은, 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 용융아연도금층을 형성하는 단계(S160);를 더 포함할 수 있다. 또한, 필요한 경우, 상기 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법은, 상기 용융아연도금층이 형성된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에서 열연 및 냉연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
열연강판 제조단계(S110)
열연강판 제조단계(S110)에서는, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 준비한다.
상기 강재를, Ac3 이상의 온도로, 1,150℃ ~ 1,250℃ 범위의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,150℃ 미만인 경우에는, 열간압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,250℃를 초과하는 경우에는, 슬라브 휨으로 인해 가열로에서 장입 및 토출이 어려울 수 있으며, 초기 오스테나이트 결정립의 조대화로 인해 최종 생산 강판의 강도 확보가 어려울 수 있다.
이어서, 재가열된 상기 강재를 열간압연하고, 900℃ ~ 950℃ 범위의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 마무리 압연을 수행할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 950℃를 초과할 경우에는, 강판의 표면 스케일 발생으로 인해 강판의 품질이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 마무리 압연 종료온도가 900℃ 미만인 경우에는, 결정립이 미세화되어 강도가 상승하나 압연부하 증가 및 생산성 감소를 야기할 수 있다.
이어서, 상기 열간압연된 강재를 소정의 권취 온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 10℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 550℃ ~ 650℃의 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃ 범위의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다.
냉연강판 제조단계(S120)
냉연강판 제조단계(S120)에서는, 산세와 냉간압연을 수행한다. 상기 열연강판을 산으로 세정하는 산세 처리를 수행할 수 있다. 이어서, 상기 산세 처리된 열연강판을 40% ~ 60%의 평균 압하율로 냉간압연을 실시할 수 있다. 냉간 압연은 최종 생산되는 강판의 두께를 맞추기 위해 수행한다. 냉연강판의 미세조직은 열연강판의 조직이 연신된 형상을 가지며, 후속의 열처리에서 최종 생산되는 강판의 미세조직이 결정된다.
소둔 열처리 단계(S130)
소둔 열처리 단계(S130)에서는, 상기 냉연강판을 통상의 서냉각 구간이 있는 연속 소둔로에서 열처리할 수 있다. 상기 소둔 열처리는 오스테나이트와 페라이트의 이상역 온도 영역에서 수행될 수 있다. 이는 적절한 형상과 분율의 페라이트 확보하여 최종 미세조직 내 이상적인 잔류 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 미세조직 구성을 통해 해당 강판의 목표 최종 재질을 얻기 위함이다.
상기 소둔 열처리는 3℃/초 ~ 8℃/초의 승온속도로 가열하고, 820℃ ~ 850℃의 온도에서 60초 ~ 300초 유지한다. 상기 소둔 열처리 온도가 820℃ 미만인 경우에는, 충분한 오스테나이트를 형성하기 어려워 목표 강도와 연신율을 확보하기 어려울 수 있다. 상기 소둔 열처리 온도가 850℃를 초과하는 경우는 페라이트의 분율이 감소하여 충분한 연신율은 얻을 수 없다
다단 냉각 단계(S140)
다단 냉각 단계(S140)에서는, 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 5℃/초 ~ 10℃/초의 냉각속도로 730℃ ~ 770℃까지 1차 냉각을 수행한다. 상기 1차 냉각은 최종 미세조직 내에 일정량의 페라이트를 확보하게 하여 소성을 확보하기 위하여 수행된다. 또한, 열처리 공정 중 형성된 페라이트의 형상과 분율을 통하여, 적절한 잔류 오스테나이트의 분율과 장축/단축 비를 확보하기 위하여 수행된다.
이어서, 상기 냉연강판을 50℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 200℃ ~ 300℃까지 2차 냉각을 수행하고, 5초 ~ 20초 동안 유지한다. 상기 2차 냉각은 급랭 종료 온도를 제어하여 서냉 후 미세조직 내 오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시키게 하고, 이에 따라 최종 재질 확보를 용이하게 하기 위하여 수행된다. 또한, 급랭 공정 중 발생할 수 있는 상변태를 억제하기 위해 50℃/초 이상의 냉각속도로 수행된다.
후열처리 단계(S150)
후열처리 단계(S150)에서는, 상기 냉연강판을 10℃/초 ~ 20℃/초의 승온속도로 가열하고, 400℃ ~ 460℃의 온도에서 10초 ~ 240초 유지한다. 상기 후열처리에 의하여, 잔류 오스테나이트 내에 탄소를 농축하고, 마르텐사이트 템퍼링을 통하여 템퍼드 마르텐사이트를 형성하여, 고강도와 고연신율을 확보할 수 있다.
상술한 단계들(S110~S150)을 수행하여 냉연강판을 형성할 수 있다. 또한, 필요한 경우, 하기의 단계들을 수행하여 용융아연도금 강판 및 합금화 용융아연도금 강판을 제조할 수 있다. 연속 공정의 경우에는, 다단 냉각 단계(S140)를 수행한 후에, 후열처리 단계(S150)를 생략하고, 하기의 용융아연도금층 형성단계(S160)를 직접 수행할 수 있다. 또한, 하기의 용융아연도금층 형성단계(S160) 만을 수행하여 용융아연도금 강판을 제조할 수 있다.
용융아연도금층 형성단계(S160)
용융아연도금층 형성단계(S160)에서는, 상기 후열처리된 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 용융아연도금층을 형성하는 단계를 수행한다. 상기 도금욕의 온도는 도금층을 구성하기 위한 합금 원소의 종류 및 비율, 냉연강판의 성분계에 따라 430℃ ~ 470℃ 범위일 수 있다. 상기 냉연강판을 상기 도금욕에 침지하여 10℃/초 ~ 20℃/초의 승온속도로 가열하고, 430℃ ~ 470℃의 온도에서 30초 ~ 100초 유지한다. 상기 도금욕 조건에서 냉연판재 표면에 용융아연도금층이 용이하게 형성되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 이러한 용융아연도금층 형성 시에 상기 후열처리 단계가 수행될 수 있다.
합금화 열처리단계(S160)
필요한 경우, 상기 용융아연도금층이 형성된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 합금화 열처리는 490℃ ~ 530℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 조건으로 합금화 열처리시 용융아연도금층이 안정적으로 성장되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 490℃ 미만인 경우에는, 합금화가 충분히 진행되지 못해 용융아연도금층의 건전성이 저하될 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 530℃를 초과하는 경우에는, 이상역 온도 구간으로 넘어가게 되면서 재질의 변화가 발생할 수 있다.
이와 같이 제조된, 냉연강판, 용융아연도금 강판, 및 합금화 용융아연도금 강판은 해당 공정을 종료한 직후 상온으로 냉각한다.
상기한 본 발명의 방법으로 제조된 냉연강판, 용융아연도금 강판, 및 합금화 용융아연도금 강판은, 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가질 수 있다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 조성을 나타내는 표이다.
하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 강을 준비하고, 소정의 열연 및 냉연 공정을 거쳐 제조한 냉연강판을 준비한다. 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물이다. 실시예 및 비교예 모두 동일한 합금 조성을 가진다.
C Si Mn Al Ti+Nb+V P S N
성분계 0.18 1.7 2.3 0.03 0.04 0.008 0.001 0.003
표 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법의 공정 조건을 구분하여 나타낸 표이다.
구분 소둔 열처리 1차 냉각 2차 냉각 후열처리
온도 (℃) 유지
시간
(초)		 냉각
속도
(℃/s)		 종료
온도
(℃)		 냉각
속도
(℃/s)		 종료
온도
(℃)		 온도
(℃)		 유지
시간
(초)
비교예1 815 60 7 750 100 240 430 60
비교예2 830 60 7 725 100 240 430 60
실시예 830 60 7 750 100 240 430 60
표 2를 참조하면, 비교예1은 소둔 열처리 온도가 815℃로 본 발명이 제시한 범위보다 높으며, 비교예2는 1차 냉각의 종료온도가 725℃로 본 발명이 제시한 범위보다 낮다.
표 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 기계적 특성을 나타낸 표이다.
항복 강도
(MPa)		 인장 강도
(MPa)		 항복비 연신율
(%)		 인장
연신율
(%)		 인장강도x 연신율
(MPa%)
비교예1 587 1050 0.56 18.3 14.2 19215
비교예2 603 1040 0.58 19.2 13.9 19968
실시예 659 1092 0.60 21.9 16 23915
표 4은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 미세조직을 나타낸 표이다.
오스테나이트
(%)		 페라이트
(%)		 템퍼드 마르텐사이트
(%)		 장축/단축 비
(%)
비교예1 14.9 35 50.1 1.77
비교예2 14.5 34 52.5 1.86
실시예 13.6 29 57.4 2.45
비교예1의 경우, 상대적으로 높은 잔류 오스테나이트 분율을 가지지만 587 MPa의 낮은 항복강도와 18.3의 낮은 연신율을 나타내었다. 높은 잔류 오스테나이트 분율에 의하여 일정수준의 강도와 연신율이 확보되었으나, 평균 장축/단축 비가 2.0 미만으로 잔류 오스테나이트의 안정성이 저하되어, 강도와 연신율이 목표 수치를 달성하지 못한 것으로 분석된다.
비교예2의 경우, 항복 강도와 인장강도는 만족하지만 연신율 20% 이상을 달 성하지 못하였다. 이는 안정성이 낮은 평균 장축/단축 비가 2.0 미만의 잔류 오스테나이트 존재로 인하여, 연신율이 목표 수치를 달성하지 못한 것으로 분석된다.
실시예의 경우, 항복강도, 인장강도, 및 총연신율이 목표 범위를 만족하였다. 특히, 인장강도x연신율이 23915 MPa%로서, 목표 수치인 20,000 MPa% 이상을 달성하였다. 이와 같이 고강도 및 고성형성을 확보할 수 있는 이유는, 이상적인 잔류 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트 미세조직 형상과 분율에 기인하는 것으로 판단된다. 또한, 평균 장축/단축 비 2.0 이상의 잔류 오스테나이트의 존재로 인하여 우수한 연신율을 확보한 것으로 분석된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 2를 참조하면, 상기 고강도 및 고성형성 강판에서, 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 관찰되었다. 상기 오스테나이트의 분율은 약 13.6%이고, 상기 페라이트의 분율은 29%이고, 및 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 57.4%로 측정되었다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 및 고성형성 강판의 오스테나이트에서 장축/단축 비에 대한 결정립 수를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 장축/단축 비가 1 내지 7의 범위를 나타내고 있으며, 대부분의 결정립들이 1 내지 2.5의 장축/단축 비를 가지는 것으로 관찰되었다. 또한, 1.5 내지 2의 장축/단축 비를 가지는 결정립이 가장 많은 수를 차지 하였다. 장축/단축 비의 평균은 2 이상의 값을 나타내었다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 고강도 및 고성형성 강판은, 잔류 오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트의 분율과 형상을 제어하여 제조되었다. 상기 고강도 및 고성형성 강판에서, 잔류 오스테나이트는 강판의 강도 및 연신율 모두를 확보할 수 있는 핵심적인 조직이므로, 11% ~ 15% 분율로 존재하고, 평균 장축/단축 비를 2.0 이상을 가지는 것이 바람직하다. 상기 잔류 오스테나이트의 평균 장축/단축 비가 2.0 미만인 경우에는, 잔류 오스테나이트의 안정성이 낮아 높은 연신율을 확보하기 어렵다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고,
    상기 오스테나이트의 분율은 11% ~ 15%이고, 상기 페라이트의 분율은 25% ~ 35%이고, 및 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 50% ~ 64%이고,
    상기 오스테나이트의 크기는 0.1 μm ~ 3 μm 범위이고, 상기 페라이트의 크기는 1 μm ~ 5 μm 범위이고, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 크기는 1 μm ~ 5 μm 범위이고,
    상기 오스테나이트의 평균 장축/단축 비는 2.0 이상이고,
    항복강도(YS): 600 MPa 이상, 인장 강도(TS): 980 MPa 이상, 연신율(EL): 20% 이상, 및 인장강도와 연신율의 곱: 23,000 MPa% 이상을 만족하는,
    고강도 및 고성형성 강판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (a) 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    (b) 상기 열연강판을 냉간 압연하여, 냉연강판을 제조하는 단계;
    (c) 상기 냉연강판을 820℃ ~ 850℃에서 소둔 열처리하는 단계;
    (d) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계; 및
    (e) 상기 냉연강판을 10℃/초 ~ 20℃/초의 승온속도로 가열하고, 400℃ ~ 460℃의 온도에서 10초 ~ 240초 동안 유지하는 후열처리단계;를 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강재를 준비하는 단계;
    (a-2) 상기 강재를 1,150℃ ~ 1,250℃에서 재가열하는 단계;
    (a-3) 상기 재가열된 강재를 900℃ ~ 950℃에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
    (a-4) 상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃에서 권취하는 단계를 포함하고,
    상기 (c) 단계는,
    상기 냉연강판을 3℃/초 ~ 8℃/초의 승온속도로 승온하고, 820℃ ~ 850℃에서 60초 ~ 300초 동안 유지하고,
    상기 (d) 단계는,
    상기 냉연강판을 5℃/초 ~ 10℃/초의 냉각속도로 730℃ ~ 770℃까지 1차 냉각하는 단계; 및
    상기 냉연강판을 50℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 200℃ ~ 300℃까지 2차 냉각을 수행하고, 5초 ~ 20초 동안 유지하는 단계;를 포함하고,
    상기 (d) 단계를 수행한 후에,
    상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 용융아연도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 용융아연도금층이 형성된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계;를 더 포함하는,
    고강도 및 고성형성 강판의 제조방법으로서,
    상기 고강도 및 고성형성 강판의 제조방법에 의하여 제조된 상기 고강도 및 고성형성 강판은,
    오스테나이트, 페라이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가지고,
    상기 오스테나이트의 분율은 11% ~ 15%이고, 상기 페라이트의 분율은 25% ~ 35%이고, 및 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 50% ~ 64%이고,
    상기 오스테나이트의 크기는 0.1 μm ~ 3 μm 범위이고, 상기 페라이트의 크기는 1 μm ~ 5 μm 범위이고, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 크기는 1 μm ~ 5 μm 범위이고,
    상기 오스테나이트의 평균 장축/단축 비는 2.0 이상이고,
    항복강도(YS): 600 MPa 이상, 인장 강도(TS): 980 MPa 이상, 연신율(EL): 20% 이상, 및 인장강도와 연신율의 곱: 23,000 MPa% 이상을 만족하는,
    고강도 및 고성형성 강판의 제조방법.
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