KR102606996B1 - 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.3%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%, 알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함), 크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함), 망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재 모재; 및 상기 강재 모재의 표면에 형성되고, 단상 페라이트 조직을 가지는 철 코팅층;을 포함하고, 항복강도(YS): 580 MPa ~ 1470 MPa, 인장강도(TS): 980 MPa ~ 1700 MPa, 연신율(EL): 3% ~ 25% 및 굽힘성(R/t): 0.5 ~ 2.0을 만족한다.
Description
본 발명의 기술적 사상은 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차의 경량화를 위해서, 차체에 사용하는 강판의 고강도화를 도모하고, 사용 중량을 줄이는 노력이 진행되고 있다. 자동차에 널리 사용되는 박강판에 있어서는, 강판 강도의 증가에 수반하여, 프레스 성형성이 저하되어, 복잡한 형상의 부재를 제조하는 것이 곤란해진다. 구체적으로는, 연성이 저하되고, 가공도가 높은 부위에서 파단이 발생한다거나, 또는, 스프링백이나 벽 휨이 커져서, 치수 정밀도가 열화된다는 문제가 발생한다. 따라서, 고강도, 특히 980MPa급 이상의 인장 강도를 갖는 강판을 사용하여, 프레스 성형에 의해 그러한 부재를 제조하는 것은 용이하지 않다. 프레스 성형이 아니라, 롤 성형에 의하면, 고강도의 강판을 가공할 수 있지만, 길이 방향으로 균일한 단면을 갖는 부재 이외에는 적용할 수 없다.
종래에는, 초고장력 강의 굽힘성을 개선하기 위해 표층 조직을 페라이트 층으로 균질화하기 위하여, 냉연 소둔로에서 재결정 열처리시 산화분위기를 조성하여 표면 탈탄 반응을 유도함으로써 탄소부족에 의해 표층 조직이 페라이트로 구성되어 굽힘성을 개선하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 탈탄반응을 일으키는 산화분위기 하에서는 실리콘(Si), 망간(Mn) 등의 원소들의 내부 입계산화가 필연적으로 동반되므로 내부 입계 산화물에 의한 성형 크랙 유발위험이 증가하게 된다. 또한, 로(furnace) 내 산화분위기 투입은 해당 강종 이외 기타 강종의 표면 품질에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 강판 표층부의 상간 경도차를 해소하여 굽힘 가공성을 개선할 수 있는 고강도 강판의 제조방법 및 그에 의해 제조된 고강도 강판을 제공하는 데 있다
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.3%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%, 알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함), 크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함), 망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재 모재; 및 상기 강재 모재의 표면에 형성되고, 단상 페라이트 조직을 가지는 철 코팅층;을 포함하고, 항복강도(YS): 580 MPa ~ 1470 MPa, 인장강도(TS): 980 MPa ~ 1700 MPa, 연신율(EL): 3% ~ 25% 및 굽힘성(R/t): 0.5 ~ 2.0을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 철 코팅층은 100 nm ~ 3 μm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 철 코팅층은 5 중량% ~ 15 중량%의 산소 농도를 가지고 형성되고, 내부 산화물이 형성된 후에는 상기 철 코팅층은 0 중량% ~ 5 중량%의 산소 농도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 철 코팅층은 표면으로부터 100 nm ~ 3 μm의 두께의 내부 산화물이 형성되지 않은 청정 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재 모재는, 중량%로, 티타늄(Ti): 0.5% 이하(0% 포함), 몰리브덴(Mo): 0.5% 이하(0% 포함), 니오븀(Nb): 0.5% 이하(0% 포함), 및 보론(B): 0.05% 이하(0% 포함) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재 모재는, 상기 실리콘(Si), 상기 알루미늄(Al), 및 상기 크롬(Cr)을 총합으로 3.0 중량% 이하로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 철 코팅층의 표면에 형성된 용융아연도금층, 또는 상기 철 코팅층의 표면에 형성된 합금화 용융아연도금층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.3%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%, 알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함), 크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함), 망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 이용하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판의 표면 상에 단상 페라이트 조직을 가지는 철 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 냉연강판을 780℃ ~ 900℃의 온도에서 30초 ~ 150초 동안 유지하여 소둔 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 소둔 열처리하는 단계는 1℃/초 ~ 5℃/초의 승온 속도로 가열하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여, 상기 철 코팅층의 표면 상에 용융아연도금층을 형성하여 용융아연도금강판을 제조하는 단계; 및 상기 용융아연도금강판을 합금화 열처리하여 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 고강도 강판은, 강재의 표면에 단상 페라이트 조직으로 구성된 철 코팅층을 형성함에 따라 표면부의 상간 경도차를 감소시켜 크랙의 형성과 전달을 억제함으로써 굽힘 가공성을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 고강도 강판은, 낮은 승온 온도로 소둔 열처리를 수행하여 산화 원소의 확산 속도를 제어할 수 있고, 충분한 소둔 열처리 온도와 시간으로 철의 환원을 유도하여, 도금 불량을 야기하는 표면 산화물의 형성을 방지할 수 있다. 상기 고강도 강판은, 1) 실리콘, 알루미늄, 및 크롬의 함량을 3% 이하, 2) 철 코팅층 내의 산소 농도를 5 중량% ~ 15 중량%, 3) 철 코팅층의 두께를 100 nm ~ 3 μm, 4) 소둔 열처리를 위한 승온 온도를 1℃/초 ~ 5℃/초, 소둔 열처리를 780℃ ~ 900℃의 온도에서 30초 ~ 150초로 제어함에 따라, 실리콘, 알루미늄, 및 크롬과 같이 산화물을 형성하는 물질의 도금되는 표면으로의 확산을 방지하고 모재 강재의 내부 또는 철 코팅층의 내부에서 내부 산화물을 형성하여 소진시킴으로써, 표면 산화물의 형성을 방지하여 우수한 도금 품질을 제공할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 철 코팅층에 의한 내부 산화물 형성과정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 굽힘성을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 용융아연도금 품질을 예시적으로 나타내는 사진들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 내부 산화물을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 철 코팅층에 의한 내부 산화물 형성과정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 굽힘성을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 용융아연도금 품질을 예시적으로 나타내는 사진들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 내부 산화물을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
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.
강판의 굽힘 가공성을 향상시키기 위하여 다양한 방법이 제시되고 있다.
첫번째로, 소둔 중 로내 노점을 증가시켜 표면층에 탈탄 조직을 형성시킴으로써, 페라이트 단상 조직을 강판 표면에 형성시켜 강판의 굽힘 가공성을 증가시키는 방법이 있다. 그러나, 큰 용적의 소둔 로 내의 분위기에서 다시 환원분위기를 단시간에 확보하기가 어려운 문제가 있다. 또한, 노점을 일시적으로 증가시킴으로써 과도한 산화분위기가 구현되어 로 내 설비 등이 손상될 수 있다. 또한, 소둔 로 내에서 강판의 탈탄 과정 중 발생한 탄소가 로 벽에 침적 및 비산되어 이로 인해 강판 표면 혹은 구동롤이 오염될 수 있다
두번째로, 소둔 공정 투입 전에 강판의 표면에 니켈을 미량 전기도금하여 소둔 열처리 시 상기 표면에 철(Fe)-니켈(Ni) 합금층을 형성하는 방법이 있다. 니켈은 오스테나이트 안정화 원소로서, 철과 결합되어 오스테나이트 단상이 표층에 형성되어 굽힘 가공성을 개선시킬 수 있다. 니켈층의 형성 공정은 소둔 공정과 별도로 운용되기 때문에 안정적인 열처리 공정 유지가 가능하지만, 별도의 전기도금 설비 필요하다. 그러나, 고가의 니켈을 적용하므로 생산 단가가 증가되고, 니켈의 인체 유해성에 의하여 유럽 및 중국의 니켈 규제가 심화되므로, 강판에 추가적인 니켈 적용에 한계가 있다.
강재의 상분율은 재질을 확보하기 위해 제어되는 인자로써, 합금성분 제어 및 소둔/냉각/재가열 과정에 의해 결정될 수 있다. 고강도 강재의 경우 가열단계에서 형성된 오스테나이트상은 냉각 및 재가열 과정에서 마르텐사이트/베이나이트로 변태하거나 오스테나이트로 잔류하여 복합상이 형성될 수 있다. 강재의 굽힘 가공성은 강재 내부 상간 경도 차이에 의하여 결정되며, 경도가 높은 마르텐사이트 상과 경도가 낮은 페라이트 상이 혼재되어있을 경우 굽힘 가공성이 저하될 수 있다. 고강도 강재의 굽힘 가공성은 표층 조직의 상(Phase) 간의 경도 차이를 감소시키면 향상될 수 있다. 또한, 표층에 형성되는 산화물을 억제함으로써, 표면 결함을 감소시켜 굽힘 가공성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 강재의 표면에 단상 페라이트 조직의 철 코팅층을 형성하여, 상간 강도차를 감소시키고 표면 산화물의 형성을 억제하여 굽힘 가공성을 증가시키는 것이다.
이하, 본 발명의 일 측면인 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판에 대하여 설명한다.
고강도 강판
본 발명의 일 측면인 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.3%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%, 알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함), 크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함), 망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재 모재; 및 상기 강재 모재의 표면에 형성되고, 단상 페라이트 조직을 가지는 철 코팅층;을 포함한다.
상기 고강도 강판의 상기 강재 모재는, 중량%로, 티타늄(Ti): 0.5% 이하(0% 포함), 몰리브덴(Mo): 0.5% 이하(0% 포함), 니오븀(Nb): 0.5% 이하(0% 포함), 및 보론(B): 0.05% 이하(0% 포함) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 강재 모재는, 상기 실리콘(Si), 상기 알루미늄(Al), 및 상기 크롬(Cr)을 총합으로 3.0 중량% 이하로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.05% ~ 0.3%
탄소는 잔류 오스테나이트 안정화 및 강도를 확보하기 위해 첨가된다. 탄소의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 탄소의 함량이 0.3%를 초과하는 경우에는, 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 탄소는 상기 고강도 강판 전체 중량의 0.05% ~ 0.3%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%
실리콘은 제강 중에 강재 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가되고, 페라이트 내에서 탄화물의 석출을 억제하고, 페라이트 내 탄소가 오스테나이트로 확산하는 것을 조장하는 원소로써 잔류 오스테나이트의 안정화에 기여할 수 있다. 실리콘의 함량이 0.5% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 실리콘의 함량이 2.5%를 초과하는 경우에는, 압연 시 압연 부하가 증가되고, 열간압연 후 붉은형 스케일의 형성이 과다하게 되고, 도금 품질이 저하될 수 있다. 따라서, 실리콘은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0.5% ~ 2.5%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함)
알루미늄은 페라이트 내 탄화물의 생성 억제를 통해 잔류 오스테나이트의 안정화에 기여한다. 알루미늄의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는, 주조 시 몰드 플럭스와의 반응을 통하여 건전한 슬라브의 제조가 어려우며, 표면 산화물을 형성하여 도금성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 알루미늄은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0.5% 이하(0% 포함)로 첨가하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함)
크롬은 경화능이 큰 원소로서, 페라이트의 형성을 억제하고 변태강화를 통한 강도증가를 위해 첨가된다. 크롬의 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는, 인성이 저하되고, 표면 산화물을 형성하여 도금성을 저하시킬 수 있고, 원가가 상승할 수 있다. 따라서, 크롬은 상기 고강도 강판 전체 중량의 1.0% 이하(0% 포함)로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%
망간은 잔류 오스테나이트의 형성 및 안정화와 더불어 냉각 시 페라이트 변태 억제 효과를 발휘하고, 오스테나이트를 충분히 확보하여 강도와 연성을 확보하기 위하여 첨가된다. 그러나, 망간은 황과 결합하여 MnS 석출물을 형성하게 되므로, 망간 편석대를 최적화하기 위하여 함량을 제어할 필요가 있다. 망간의 함량이 1.0% 미만인 경우에는, 오스테나이트를 충분히 확보하지 못하여 원하는 강도와 연성을 제공하지 못할 수 있다. 망간의 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는, 슬라브 및 열연공정에서 유발된 편석에 의한 밴드 형성이 과도해져 물성을 저하시킬 수 있고, 특히 성형성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 망간은 상기 고강도 강판 전체 중량의 1.0% ~ 3.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0.5% 이하(0% 포함)
티타늄은 TiN으로 석출되어 재가열 시 오스테나이트의 결정립 성장을 억제함으로써 고강도 및 우수한 충격인성을 얻을 수 있다. 티타늄의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는, 탄화물 석출에 의한 마르텐사이트의 탄소 농도 및 강도 감소가 발생할 수 있고, 석출물이나 정출물이 조대화되어, 연신율, 저온인성, 및 굽힘성 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 티타늄은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0.5% 이하(0% 포함)로 첨가하는 것이 바람직하다.
몰리브덴(Mo): 0.5% 이하(0% 포함)
몰리브덴은 강도향상에 기여하는 효과가 크면서도 아연 등의 용융금속의 젖음성을 떨어뜨리지 않기 때문에 강도 확보에 효과적이다. 몰리브덴의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는, 더 이상의 효과 상승이 크지 않고, 원가 증가가 야기될 수 있다. 따라서, 몰리브덴은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0.5% 이하(0% 포함)로 첨가하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.5% 이하(0% 포함)
니오븀은 오스테나이트 입계에 탄화물 형태로 편석되어 소둔 열처리시 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하여 강도를 증가시킬 수 있다. 니오븀의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는, 더 이상의 효과 상승이 크지 않고, 원가 증가가 야기될 수 있다. 따라서, 니오븀은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0.5% 이하(0% 포함)로 첨가하는 것이 바람직하다.
보론(B): 0.05% 이하(0% 포함)
보론은 마르텐사이트 및 베이나이트 등의 저온상 조직을 확보하고, 소입성 고강도 및 소입성 확보할 수 있다. 보론의 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는, 경질상의 입계 취성이 발생하여, 고인성 및 굽힘성을 확보하지 못할 수 있고, 소둔재 표면에 농화되어 표면품질이 크게 저하된다. 따라서, 보론은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0.05% 이하(0% 포함)로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인은 강도 향상 및 점용접성 향상에 일부 기여하나, 인성을 저하시키고, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 따라서, 인은 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 인은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.01%
황은 인과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 청정도와 연신 개재물을 제어하며, MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하고, 저융점 원소로서 입계 편석 가능성이 높아 인성을 저하시킨다. 황의 함량이 0.01%를 초과하면 강재 모재 및 용접부 인성을 크게 저하시킬 수 있고, MnS을 과도하게 형성할 수 있다. 따라서, 황은 상기 고강도 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 고강도 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 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.
상기 철 코팅층은 단상 페라이트 조직을 가짐에 따라, 상기 고강도 강판의 표면 조직이 단상으로 이루어져 균일한 특성을 갖는 표면 상(phase) 배열을 통해 상간 경도차가 해소되어 굽힘 가공성이 개선될 수 있다.
상기 철 코팅층은, 예를 들어 100 nm ~ 3 μm의 두께를 전체 두께로서 가질 수 있다. 또한, 상기 철 코팅층은, 도금 특성을 고려하면, 예를 들어 300 nm ~ 3 μm의 두께를 전체 두께로서 가질 수 있다.
상기 철 코팅층은 5 중량% ~ 15 중량%의 산소 농도를 가지고 형성되고, 내부 산화물이 형성된 후에는 상기 철 코팅층은 0 중량% ~ 5 중량%의 산소 농도를 가질 수 있다. 상기 철 코팅층은 표면으로부터 100 nm ~ 3 μm의 두께의 내부 산화물이 형성되지 않은 청정 영역을 가질 수 있다.
상기 고강도 강판은, 항복강도(YS): 580 MPa ~ 1470 MPa, 인장강도(TS): 980 MPa ~ 1700 MPa, 연신율(EL): 3% ~ 25% 및 굽힘성(R/t): 0.5 ~ 2.0을 만족할 수 있다.
상기 강재 모재는 열연강판을 냉간압연하여 형성한 냉연 강판일 수 있다.
상기 고강도 강판은 상기 철 코팅층의 표면에 형성된 용융아연도금층을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 고강도 강판은 상기 철 코팅층의 표면에 형성된 합금화 용융아연도금층을 더 포함할 수 있다. 상기 용융아연도금층 및 상기 합금화 용융아연도금층은 아연(Zn)을 50 중량% 이상 포함할 수 있다. 또한 추가로 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물이 포함되어 있을 수 있으며, 용융아연도금층 내의 알루미늄(Al)의 함량은 강종 및 도금욕 조성에 따라 달라지므로 본 발명에서는 이를 특정 범위로 제한하지 않을 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판의 제조방법을 설명하기로 한다.
고강도 강판의 제조방법
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
본 발명에 따른 고강도 강판의 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 고강도 강판의 제조방법은, 열연강판 제조단계(S10); 냉연강판 제조단계(S20); 철 코팅층 형성단계(S30); 및 소둔 열처리단계(S40);를 포함한다.
또한, 상기 고강도 강판의 제조방법은, 용융아연도금단계(S50); 및 합금화 열처리단계(S60)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 고강도 강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.3%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%, 알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함), 크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함), 망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계(S10); 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계(S20); 상기 냉연강판의 표면 상에 단상 페라이트 조직을 가지는 철 코팅층을 형성하는 단계(S30); 및 상기 냉연강판을 소둔 열처리하는 단계(S40);를 포함한다.
상기 고강도 강판의 제조방법은, 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여, 상기 철 코팅층의 표면 상에 용융아연도금층을 형성하여 용융아연도금강판을 제조하는 단계(S50);를 더 포함할 수 있다. 또한, 또한, 상기 고강도 강판의 제조방법은, 상기 용융아연도금강판을 합금화 열처리하여 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 단계(S60);를 더 포함할 수 있다.
상기 강재는, 중량%로, 티타늄(Ti): 0.5% 이하(0% 포함), 몰리브덴(Mo): 0.5% 이하(0% 포함), 니오븀(Nb): 0.5% 이하(0% 포함), 및 보론(B): 0.05% 이하(0% 포함) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 강재 모재는, 상기 실리콘(Si), 상기 알루미늄(Al), 및 상기 크롬(Cr)을 총합으로 3.0 중량% 이하로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 강판의 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
열연강판 제조단계(S10)
열연강판 제조단계(S10)는 하기와 같이 수행될 수 있다. 상기 합금 조성을 갖는 강재를 준비하고, 상기 강재를, 예를 들어 1,100℃ ~ 1,300℃의 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 1,100℃ 미만인 경우에는, 열간압연 하중이 급격히 증가될 수 있고, 석출물이 충분히 재고용되지 못하여 열간압연 이후의 공정에서 석출물이 감소하게 되고, 합금원소의 균질화가 이루어지지 않을 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,300℃를 초과하는 경우에는, 표면 스케일량이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있고, 에너지가 낭비될 수 있다.
상기 재가열 후 통상의 방법으로 열간압연을 행하고, 예를 들어 800℃ ~ 1000℃의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 열간 마무리 압연을 수행하여 열연강판을 제조할 수 있다. 상기 열간압연에 의하여 균일한 석출물의 분산이 향상될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 800℃ 미만인 경우에는, 이상영역 압연에 의한 혼립 조직의 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 1000℃를 초과할 경우에는, 많은 냉각량과 함께 강판의 취성 증가 및 강판의 표면 스케일 발생으로 강판의 품질저하 우려가 있다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 500℃ 이상의 권취온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 전단 급냉의 방식으로 수행될 수 있다. 상기 냉각은 예를 들어 1℃/초 ~ 50℃/초의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 열간압연된 강재를 권취한다. 상기 권취하는 단계는, 예를 들어 500℃ 이상의 온도, 예를 들어 500℃ ~ 700℃의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다. 상기 권취온도가 500℃ 미만인 경우에는, 베이나이트나 마르텐사이트 조직이 형성되어 후속의 냉간압연이 어렵게 되고, 결정립 미세화에 인해 강도 상승 및 연성 저하로 인하여 가공성이 저하될 수 있다. 상기 권취 온도가 700℃를 초과할 경우에는, 강재 표면에 산화물이 과대하게 생성되어 결함을 유발할 수 있고, 석출물이 조대화될 수 있고, 최종 미세조직이 조대해져 강도와 가공성이 저하될 수 있다.
또한, 냉간 압연성을 확보하기 위해 권취된 열연강판에 대하여 선택적으로 추가적인 열처리를 실시할 수 있다. 이때 일반적으로 권취된 코일 형태로 열처리를 실시하며 추가적인 산화를 방지하기 위해 질소와 수소가 포함된 혹은 질소나 수소 단독의 분위기로 열처리를 실시할 수 있다
냉연강판 제조단계(S20)
냉연강판 제조단계(S20)는 하기와 같이 수행될 수 있다. 상기 열연강판을 산으로 세정하는 산세 처리를 수행한다. 이어서, 상기 산세 처리된 열연강판을, 예를 들어 30% ~ 70%의 평균 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 형성한다. 상기 평균 압하율이 높을수록, 조직 미세화 효과로 인한 성형성이 상승되는 효과가 있다. 상기 평균 압하율 30% 미만인 경우에는, 균일한 미세조직을 얻기 어렵다. 상기 평균 압하율이 70%를 초과하는 경우에는, 압연 롤 힘이 증가되어 공정부하가 증가될 수 있다.
철 코팅층 형성단계(S30)
철 코팅층 형성단계(S30)에서는, 상기 냉연강판의 표면 상에 철 코팅층을 형성한다. 상기 철 코팅층의 형성은 플래시(flash) 도금을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 플래시 도금은 극히 단시간에 행하는 얇은 도금을 지칭한다.
상기 철 코팅층은 다양한 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 100 nm ~ 3 μm의 두께를 가질 수 있다. 상기 철 코팅층의 두께가 100 nm 미만인 경우에는, 상기 철 코팅층이 강재 모재의 표면을 완전하게 덮지 못하여 일부 코팅이 되지 않는 영역이 형성될 수 있다. 상기 철 코팅층의 두께가 3 μm 를 초과하는 경우에는, 상기 철 코팅층과 상기 강재 모재의 밀착성이 취약해질 수 있고, 공정비용이 과도해질 수 있다.
상기 철 코팅층을 형성하는 코팅방법은 제한되지 않으나, 다른 코팅법에 비하여 전기도금법이 코팅층 두께를 정밀하게 제어할 수 있고, 강판의 전폭에 균일하게 코팅할 수 있다. 상기 전기도금법을 이용하여 상기 철 코팅층을 형성할 경우에는, 철 부착량을 0.5 g/m2 ~ 5 g/m2 으로 설정할 수 있다.
상기 철 코팅층은 산소를 포함할 수 있고, 상기 산소는 별도의 공정, 예를 들어 산화 가열단계등을 거치지 않고, 철 코팅층을 형성할 때에 동시에 철 코팅층 내로 도입될 수 있다. 이러한 산소의 도입 방법은 코팅 방법에 따라 달라질 수 있으므로 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다. 다만, 비제한적인 일 구현예로서 전기 도금법을 이용하여 상기 철 코팅층을 형성할 경우, 철 전기도금 용액 중에 Fe2+ 이온을 1 g/L ~ 80 g/L 농도로 하고 전류밀도를 10 ASD ~ 100 ASD로 실시함으로써 상기 철 코팅층 내의 산소 함량을 제어할 수 있다. 상기 철 코팅층은 5 중량% ~ 15 중량%의 산소를 포함할 수 있다. 상기 철 코팅층 내의 산소가 5 중량% 미만인 경우에는, 소둔 중 내부산화를 형성하기 위한 산소 자원이 충분치 않을 수 있다. 반면에 철 코팅층 내의 산소가 15 중량%를 초과하는 경우에는, 상기 철 코팅층의 취성이 증가되어 소둔로 내에서 통판 중에 상기 철 코팅층의 박리가 발생할 수 있다.
소둔 열처리 단계(S40)
소둔 열처리 단계(S40)에서는, 상기 철 코팅층이 형성된 상기 냉연강판을 통상의 서냉각 구간이 있는 연속 소둔로에서 소둔 열처리한다. 상기 소둔 열처리 단계에서, 상기 냉연강판의 응력을 완화시킬 수 있고, 상기 철 코팅층을 단상 페라이트 조직으로 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 소둔 열처리 단계에서, 상기 강재 모재와 상기 철 코팅층 사이의 계면에 내부 산화물을 형성함으로써, 강재 모재의 표면에 형성되는 표면 산화물의 형성을 억제하여 크랙의 발생과 전파를 억제할 수 있다. 또한, 상기 철 코팅층과 상기 용융아연도금층 사이의 계면에 산화물의 형성을 억제시킬 수 있다.
상기 소둔 열처리는, 예를 들어 1℃/초 ~ 5℃/초의 승온 속도로 가열하고, 예를 들어 780℃ ~ 900℃의 온도에서 30초 ~ 150초 동안 유지하여 수행될 수 있다. 상기 소둔 열처리에서의 이슬점은 -65℃ ~ 0℃ 범위일 수 있다. 상기 소둔 열처리에서 수소 농도는 3% ~ 20% 일 수 있고, 나머지는 질소 가스 분위기일 수 있다.
상기 승온 속도가 1℃/초 미만인 경우에는 강재가 이송되는 라인 속도에 미치지 못하여 소둔 열처리 공정이 수행되지 않을 수 있다. 상기 승온 속도가 5℃/초를 초과하는 경우에는 산화성이 높은 실리콘, 알루미늄 및 크롬의 확산을 제어하지 못할 수 있다.
상기 소둔 열처리 온도가 780℃ 미만인 경우에는, 재결정이 충분히 발생하지 못하여 원하는 물성을 얻지 못할 수 있다. 상기 소둔 열처리 온도가 900℃를 초과하는 경우에는, 소둔 열처리 로의 내열 설비의 열화가 발생할 수 있다.
상기 소둔 열처리 시간이 30초 미만인 경우에는 재결정이 충분히 발생하지 못하여 원하는 물성을 얻지 못할 수 있다. 상기 소둔 열처리 시간이 150초를 초과하는 경우에는 과도한 비용상승이 초래될 수 있고, 산화성이 높은 실리콘, 알루미늄 및 크롬의 확산을 제어하지 못할 수 있다.
상기 이슬점이 -65℃ 미만인 경우에는, 현실적인 공정 관리범위를 벗어나므로 상기 소둔 열처리 공정을 수행하지 못할 수 있다. 상기 이슬점이 0℃ 를 초과하는 경우에는, 상기 소둔 열처리 로의 산화가 발생하여 설비가 조속히 노후화될 우려가 있다.
상기 수소 농도가 3% 미만인 경우에는, 상기 철 코팅층의 산화가 과도하게 발생할 우려가 있다. 상기 수소 농도가 20%를 초과하는 경우에는, 과잉 수소에 의하여 폭발할 위험이 있다.
상기 소둔 열처리를 종료한 후에, 1℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 400℃ ~ 500℃의 온도로 냉각한다. 상기 온도의 범위는 후속 공정인 도금욕의 온도 유지를 위하여 요구될 수 있다. 또한, 상기 냉각은 상온, 예를 들어 0℃ ~ 40℃의 온도까지 냉각할 수 있다.
용융아연도금단계(S50)
용융아연도금단계(S50)에서는, 소둔 열처리가 수행된 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 상기 철 코팅층의 표면 상에 용융아연도금층을 형성함으로써, 용융아연도금강판을 제조한다. 상기 용융아연 도금욕의 온도는 도금층을 구성하기 위한 합금 원소의 종류 및 비율, 강재 모재(냉연강판) 성분계에 따라 변화될 수 있고, 예를 들어 430℃ ~ 480℃일 수 있다. 상기 용융아연 도금욕 조건에서 상기 철 코팅층의 표면에 용융아연도금층이 용이하게 형성되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 이어서, 상기 용융아연도금층을 질소 가스를 이용하여 와이핑하여, 표면에 부착되는 도금욕 부착량을 제어할 수 있다. 상기 용융아연도금층의 두께는, 예를 들어 편면 기준 평균 5 μm ~ 20 μm일 수 있다. 상기 용융아연도금층은, 예를 들어 편면 기준 35 g/m2 ~ 150 g/m2의 부착량으로 형성될 수 있다. 상기 부착량의 범위에서, 방청 성능을 확보할 수 있다.
필요한 경우, 1℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 상온까지, 예를 들어 10℃ ~ 40℃까지 냉각하여, 상기 용융아연도금층을 응고시킴으로써, 용융아연도금강판을 완성할 수 있다.
합금화 열처리 단계(S60)
상기 합금화 열처리 단계(S60)에서는, 상기 용융아연도금층이 형성된 용융아연도금강판을, 예를 들어 500℃ ~ 600℃의 온도에서, 예를 들어 10초 ~ 60초 동안 유지하여 합금화 열처리를 수행함으로써, 합금화 용융아연도금강판을 제조한다. 상기 합금화 열처리 단계는 이전의 용융아연도금 단계를 수행한 후에 냉각하지 않고 연속하여 수행할 수 있다. 상기 온도 조건으로 합금화 열처리 시 상기 용융아연도금층이 안정적으로 성장되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우에는, 합금화가 충분히 진행되지 못해 용융아연 도금층의 건전성이 저하될 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 600℃를 초과하는 경우에는, 이상역 온도 구간으로 넘어가게 되면서 재질의 변화가 발생할 수 있다. 이어서, 상온으로 냉각시켜 합금화 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
상기 철 코팅층은 내부에 산소를 함유하여 구성되고, 이에 따라 상기 강재 모재와 상기 철 코팅층 사이의 계면에 내부 산화물을 형성시킬 수 있다. 이러한 내부 산화물의 형성에 따라 고강도 강판의 표면에 표면 산화물의 형성을 억제할 수 있고, 따라서 크랙의 발생과 전달을 억제할 수 있고, 결과적으로 굽힘 가공성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 철 코팅층에 의하여 상기 실리콘(Si), 상기 알루미늄(Al), 및 상기 크롬(Cr) 등과 같은 산화물 형성이 용이한 원소들이 내부 산화물로 형성됨에 따라, 철 코팅층과 용융아연도금층 사이의 계면에 또는 철 코팅층과 합금화 용융아연도금층 사이의 계면에 산화물의 형성을 억제시킬 수 있다.
상기 철 코팅층은 5 중량% ~ 15 중량%의 산소 농도를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 내부 산화물이 형성된 후에는 상기 철 코팅층의 산소가 소모되어 상기 철 코팅층의 산소 농도는 저하될 수 있고, 예를 들어 0 중량% ~ 5 중량%의 산소 농도를 가질 수 있다.
상기 철 코팅층은 100 nm ~ 3 μm의 두께를 전체 두께로서 가질 수 있다. 또한, 상기 철 코팅층은 상기 용융아연도금층 또는 상기 합금화 용융아연도금층과의 계면으로부터 100 nm ~ 3 μm의 두께의 내부 산화물이 형성되지 않은 청정 영역을 가질 수 있다.
상기 고강도 강판은, 표면 산화물의 형성 억제, 내부 산화물의 형성 유도 및 도금 품질 확보를 위하여 상기 실리콘(Si), 상기 알루미늄(Al), 및 상기 크롬(Cr)을 총합으로 3.0 중량% 이하로, 예를 들어 0.5 중량% 내지 3.0 중량%로 포함할 수 있다. 상기 실리콘은 최소 0.5 중량%를 포함하고, 최대 2.5 중량%를 포함할 수 있다. 상기 알루미늄은 포함되지 않거나, 0 중량% 초과 내지 0.5 중량%를 포함할 수 있다. 상기 크롬은 포함되지 않거나, 0 중량% 초과 내지 1.0 중량%를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 철 코팅층에 의한 내부 산화물 형성과정을 설명하는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 강재 모재(10) 상에 플래시(flash) 도금 등을 이용하여 철 코팅층(20)을 형성한다. 강재 모재(10)는 원하는 물성 확보를 위하여 실리콘, 알루미늄, 및 크롬 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 철 코팅층(20)은 순수한 철로 구성될 수 있고, 또한 산소를 포함할 수 있다.
이어서, 철 코팅층(20)이 형성된 강재 모재(10)를 소둔 열처리한다. 철 코팅층(20)의 소둔 열처리에 의하여, 철 코팅층(20)에 포함된 상기 산소는 강재 모재(10)에 포함된 상기 실리콘, 알루미늄, 및 크롬 등과 같은 도금방해원소와 우선적으로 반응하여 내부 산화물(30)을 형성한다. 상기 도금방해원소가 확산 제어됨에 따라, 강재 모재(10)와 철 코팅층(20) 사이에 계면에 집중적으로 내부 산화물(30)이 형성되고, 상기 도금방해원소가 철 코팅층(20)의 표면으로 확산되는 것을 억제한다. 철 코팅층(20)은 상기 산소가 내부 산화물(30)을 형성하므로, 철이 환원되어 철의 순도가 더욱 증가될 수 있는 청정 구역을 표면으로부터 형성한다.
이어서, 철 코팅층(20) 상에 용융아연도금층(40)을 형성한다. 내부 산화물(30)이 철 코팅층(20)의 내부에 형성되고, 철 코팅층(20)의 표면으로 노출되지 않으므로, 철 코팅층(20)과 용융아연도금층(40)의 도금 품질이 우수하게 된다. 즉, 미도금 결함, 도금 박리 결함, 또는 합금화 불량 결함을 방지할 수 있다.
종래 통상적인 소둔로 내부 산화법에 있어서의 냉연강판 소둔의 경우 소둔로 내 산소가 소둔재의 표면을 통해 도입되어 내부산화물을 형성한다. 이렇게 외부에서 공급된 산소에 의해 내부산화되는 경우 주로 결정립계(grain boundary)를 따라 선상으로 내부산화물이 형성된다. 그러나, 본 발명에서는 철 코팅층이 이미 일정량 이상의 산소를 포함하고 있기 때문에 소둔재 내부에 존재하는 산소에 의해 내부산화된다. 이 경우 내부산화물이 결정립계를 따라 형성되는 것이 아닌 결정립 내에 존재하게 되며, 선상이 아닌 구 형태 또는 점 형태의 모양을 가지게 되고, 평균 직경이 300 nm 이하일 수 있다. 또한 이와 같이 산소를 함유하는 철 코팅층에 의해 형성되는 내부산화층은 소둔된 소지강판의 최종 표면으로부터 3㎛ 깊이 이내로 형성된다.
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.
하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 강재를 준비하고, 상술한 바와 같은 소정의 단계를 수행하여 고강도 강판을 준비하였다. 하기의 비교예와 실시예는 상기 고강도 강판을 이용하여 제조하였다. 상기 고강도 강판은 도금 품질을 용융아연도금 후와 합금화 후에서 각각 검토하였다. 표 1에서 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물이다.
| 원소 | C | Si | Mn |
| 함량 | 0.2 | 1.8 | 2.8 |
표 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 고강도 강판의 굽힘 가공성을 나타내는 표이다.
| 분류 | 철 코팅층 도금량 (mg/m2) |
철 코팅층 두께 (nm) |
굽힘성 (R/t) |
| 비교예1 | 없음 | 없음 | 2.5 이상 |
| 실시예1 | 1000 | 130 | 2.0 |
| 실시예2 | 3000 | 400 | 1.5 |
| 실시예3 | 5000 | 670 | 1.0 이하 |
표 2를 참조하면, 철 코팅층이 형성되지 않은 비교예1은 굽힘성(R/t)이 2.5 이상으로 나타났다. 반면, 단상 페라이트로 구성된 철 코팅층이 형성된 실시예들은 굽힘성이 2.0 이하로 나타났고, 철 코팅층의 두께가 증가됨에 따라 굽힘성의 수치는 감소되므로, 굽힘 가공성이 향상됨을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 굽힘성을 나타내는 사진이다.
도 3을 참조하면, 90도 2.0 R/t의 굽힘 시험을 실시한 결과, (a)의 비교예1에서는 굽힘부에 크랙이 발생하였으나. (b)의 실시예2에서는 크랙이 발생하지 않았다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 4를 참조하면, (a)의 비교예1에서는 강판의 표면에 표층 다상 조직이 형성되어있으나, (b)의 실시예2에서는 강판의 표면에 철 코팅층에 의한 표층 단상 페라이트 조직이 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 이러한 표층 단상 페라이트 조직에 의하여 상간 경도차가 감소하며, 굽힘 가공성이 향상됨을 알 수 있다.
이하에서는, 상기 고강도 강판을 이용하여 용융아연도금 강판 또는 합금화 용융아연도금 강판을 형성한 경우의 도금성 특성 향상에 대하여 설명하기로 한다.
표 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 고강도 강판의 용융아연도금 품질 결과를 나타내는 표이다. 모든 경우에서 로내 노점은 -50℃로 설정하였다.
| 분류 | 철 코팅층 두께 (nm) |
철 코팅층 산소 농도 (중량%) |
승온 속도 (℃/초) |
도금품질 분석 |
| 실시예4 | 300 | 5 | 4 | 양호 |
| 실시예5 | 500 | 5 | 4 | 양호 |
| 비교예1 | 0 | 0 | 4 | 도금 안됨 |
| 비교예2 | 100 | 2 | 4 | 도금 안됨 |
| 비교예3 | 100 | 5 | 4 | 합금화 불량 |
| 비교예4 | 300 | 2 | 4 | 합금화 불량 |
| 비교예5 | 500 | 2 | 4 | 합금화 불량 |
| 비교예6 | 300 | 5 | 6 | 합금화 불량 |
| 비교예7 | 500 | 5 | 6 | 합금화 불량 |
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 용융아연도금 품질을 예시적으로 나타내는 사진들이다. 도 5의 (a)는 도금이 양호한 상태, (b)는 미도금 상태, (c)는 합금화 불량 상태를 나타낸다.
표 3을 참조하면, 실시예4와 실시예5는, 도 5의 (a)와 같이, 도금 품질 및 합금화 품질이 양호하게 나타났다. 실시예4와 실시예5에서, 철 코팅층의 두께는 각각 300 nm 및 500 nm 이었고, 철 코팅층의 산소 농도는 5 중량%이었고, 승온 속도는 4 ℃/초 이었다.
비교예1은 철 코팅층을 형성하지 않은 경우로서, 도 5의 (b)와 같이 용융아연도금층이 형성되지 않았다. 이는 실리콘 산화물이 표면에 노출됨에 따라 아연도금층과의 젖음성을 감소시킨 결과로 분석된다.
비교예2 및 비교예3은 실시예들에 비하여 철 코팅층의 두께가 100 nm 로 감소시킨 경우로서, 도 5의 (b)와 같이 용융아연도금층이 형성되지 않거나, 또는 도 5의 (c)와 같이, 합금화 불량이 발생하였다. 이러한 결과로부터, 실리콘 산화물의 표면 확산을 억제하기에는 100 nm의 철 코팅층의 두께는 부족한 것으로 분석된다.
비교예4 및 비교예5는 실시예들에 비하여 철 코팅층 내의 산소 농도를 2%로 감소시킨 경우로서, 도 5의 (c)와 같이, 합금화 불량이 발생하였다. 이러한 결과로부터 실리콘 산화물의 표면 확산을 억제하기에는 2%의 철 코팅층 내의 산소 농도는 부족한 것으로 분석된다.
비교예6 및 비교예7은 실시예들에 비하여 소둔 열처리를 위한 승온 속도를 6 ℃/초로 증가시킨 경우로서, 도 5의 (c)와 같이, 합금화 불량이 발생하였다. 이러한 결과로부터 실리콘 산화물의 표면 확산을 억제하기에는 6 ℃/초의 승온 속도는 너무 빠른 것으로 분석된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 강판의 내부 산화물을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 6을 참조하면, 실리콘 또는 망간 등으로 구성된 내부 산화물이 강재 모재 내부와 강재 모재와 철 코팅층 사이의 계면에 형성됨을 알 수 있다. 반면, 철 코팅층 의 내부에는 이러한 내부 산화물이 거의 보이지 않으며, 철 코팅층의 표면, 즉 철 코팅층과 용융아연도금층 사이의 계면에도 상기 내부 산화물이 관찰되지 않았다. 또한, 상기 철 코팅층은 상기 용융아연도금층과의 계면으로부터 약 100 nm ~ 300 nm 두께의 내부 산화물이 형성되지 않은 청정 영역을 가짐이 확인되었다.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 고강도 강판은,
1) 실리콘, 알루미늄, 및 크롬의 함량을 3% 이하,
2) 철 코팅층 내의 산소 농도를 5 중량% ~ 15 중량%,
3) 철 코팅층의 두께를 300 nm ~ 3 μm,
4) 소둔 열처리를 위한 승온 온도를 1℃/초 ~ 5℃/초, 및
5) 소둔 열처리를 780℃ ~ 900℃의 온도에서 30초 ~ 150초로 제어함에 따라, 실리콘, 알루미늄, 및 크롬과 같이 산화물을 형성하는 물질의 도금되는 표면으로의 확산을 방지하고 모재 강재의 내부 또는 철 코팅층의 내부에서 내부 산화물을 형성하여 소진시킴으로써, 용융아연도금층이 부착되는 표면에서의 표면 산화물의 형성을 방지하여 우수한 도금 품질을 제공할 수 있다. 또한, 상기 내부 산화물의 형성에 따라 표면 산화물의 형성을 억제할 수 있으므로 크랙의 형성과 전달을 억제하여 굽힘 가공성을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (10)
- 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.3%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%, 알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함), 크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함), 망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재 모재; 및
상기 강재 모재의 표면에 형성되고, 단상 페라이트 조직을 가지는 철 코팅층;을 포함하고,
항복강도(YS): 580 MPa ~ 1470 MPa, 인장강도(TS): 980 MPa ~ 1700 MPa, 연신율(EL): 3% ~ 25% 및 굽힘성(R/t): 0.5 ~ 2.0을 만족하고,
1℃/초 ~ 4℃/초의 승온 속도로 가열하고, -50℃ ~ -65℃의 이슬점 온도 및 780℃ ~ 900℃의 온도에서 30초 ~ 150초 동안 유지하여 소둔 열처리를 수행함에 따라, 상기 철코팅층에 포함된 산소가 상기 실리콘, 상기 알루미늄, 또는 상기 크롬과 내부 산화물을 형성하고,
상기 철 코팅층은 300 nm ~ 3 μm의 두께를 가지고,
상기 철 코팅층은 표면으로부터 100 nm ~ 3 μm의 두께의 상기 내부 산화물이 형성되지 않은 청정 영역을 가지는,
고강도 강판. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 철 코팅층은 5 중량% ~ 15 중량%의 산소 농도를 가지고 형성되고, 내부 산화물이 형성된 후에는 상기 철 코팅층은 0 중량% ~ 5 중량%의 산소 농도를 가지는,
고강도 강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 청정 영역은 100 nm ~ 300 nm의 두께를 가지는,
고강도 강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 강재 모재는, 중량%로, 티타늄(Ti): 0.5% 이하(0% 포함), 몰리브덴(Mo): 0.5% 이하(0% 포함), 니오븀(Nb): 0.5% 이하(0% 포함), 및 보론(B): 0.05% 이하(0% 포함) 중 하나 이상을 더 포함하는,
고강도 강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 강재 모재는, 상기 실리콘(Si), 상기 알루미늄(Al), 및 상기 크롬(Cr)을 총합으로 3.0 중량% 이하로 포함하는,
고강도 강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 철 코팅층의 표면에 형성된 용융아연도금층, 또는 상기 철 코팅층의 표면에 형성된 합금화 용융아연도금층을 더 포함하는,
고강도 강판. - 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.3%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.5%, 알루미늄(Al): 0.5% 이하(0% 포함), 크롬(Cr): 1.0% 이하(0% 포함), 망간(Mn): 1.0% ~ 3.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 이용하여 열연강판을 제조하는 단계;
상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
상기 냉연강판의 표면 상에 단상 페라이트 조직을 가지는 철 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 냉연강판을 780℃ ~ 900℃의 온도에서 30초 ~ 150초 동안 유지하여 소둔 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 소둔 열처리하는 단계는 1℃/초 ~ 4℃/초의 승온 속도로 가열하고, -50℃ ~ -65℃의 이슬점 온도에서 수행되고,
상기 소둔 열처리를 수행함에 따라, 상기 철코팅층에 포함된 산소가 상기 실리콘, 상기 알루미늄, 또는 상기 크롬과 내부 산화물을 형성하고,
상기 철 코팅층은 300 nm ~ 3 μm의 두께를 가지고,
상기 철 코팅층은 표면으로부터 100 nm ~ 3 μm의 두께의 상기 내부 산화물이 형성되지 않은 청정 영역을 가지는,
고강도 강판의 제조방법. - 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 소둔 열처리된 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여, 상기 철 코팅층의 표면 상에 용융아연도금층을 형성하여 용융아연도금강판을 제조하는 단계; 및
상기 용융아연도금강판을 합금화 열처리하여 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 단계;를 더 포함하는,
고강도 강판의 제조방법.
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| KR1020210164848A KR102606996B1 (ko) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 굽힘 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조방법 |
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