KR20010063691A - 구리,크롬, 니켈을 함유하고 변태유기소성을 이용한고강도 저탄소강 냉간압연판재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 C-Mn-Si계의 저탄소강에 Cu, Cr, Ni을 단독 또는 복합함유한 새로운 냉간압연판재로 변태유기소성을 이용함으로써 기존의 자동차용 내·외판재 또는 보강재로 사용되어온 저탄소강 냉간압연판재보다 획기적으로 강도를 개선한 인장강도 700MPa 이상의 냉간압연판재에 관한 것이다.

본 발명은 중량%로 0.10∼0.16%의 C, 1.5∼1.6%의 Mn, 1.0∼1.6%의 Si, 0.05%미만의 Al 및 잔부 Fe로 된 강에 0.45∼0.55%의 Cu, 0.35∼0.45%의 Cr, 0.35∼0.45%의 Ni 중에서 선택된 성분이 1종 또는 2종 이상 첨가된 강을 열간압연 및 냉간압연하여 냉간압연판재를 제조하고 상기냉간압연판재를 780∼810℃의 온도범위에서 3∼7분간 이상영역 열처리한 다음 급냉하여 430∼450℃의 온도범위에서 1∼20분간 항온변태처리 처리하고 공냉하에서된 것을 특징으로 한다.

Description

구리,크롬, 니켈을 함유하고 변태유기소성을 이용한 고강도 저탄소강 냉간압연판재의 제조방법 {Making Process for Cold Rolled Steel Plate}

본 발명은 C-Mn-Si계의 저탄소강에 Cu, Cr, Ni을 단독 또는 복합함유한 새로운 냉간압연판재로 변태유기소성을 이용함으로써 기존의 자동차용 내·외판재 또는 보강재로 사용되어온 저탄소강 냉간압연판재보다 획기적으로 강도를 개선한 인장강도 700MPa 이상의 냉간압연판재에 관한 것이다.

변태유기소성은 강판내에 잔류시킨 준안정한 오스테나이트 조직이 외부에서 가해지는 소성변형에 의하여 마르텐사이트로 변태되면서 강도와 함께 연성이 향상되는 효과를 하는것으로 변태유기소성에 반드시 필요한 준안정 잔류오스테나이트가 형성되는 과정은 다음과 같다. 기본조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지고 적정량의 Mn과 Si를 가지고 있는 강판을 페라이트와 오스테나이트가 공존하는 A_cl과 A_c3사이의 적정한 온도에서 유지하면 강판 내의 오스테나이트 안정화 원소, 특히 탄소는 오스테나이트 내에 대부분 고용이 된다. 이를 펄라이트 변태영역보다 온도가 낮은 베이나이트 변태 영역으로 급냉한 후 수분간 유지하는 항온변태처리를 하면 오스테나이트에서 초석 페라이트가 형성되면서 탄소가 페라이트로부터 오스테나이트로 확산이동되어 오스테나이트 내의 탄소농도는 증가하며, 이에 따라 오스테나이트의 마르텐사이트 변태개시 온도인 Ms 점은 상온이하까지 낮아질 수 있어 상온에서도 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되지 않고 안정하게 잔류할 수 있다. 이러한 잔류 오스테나이트를 포함하고 있는 강판의 소성변형을 가하면, 이 때의 소성변형이 기계적 구동력으로 작용하여 잔류 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태되며 마르텐사이트변태에 따른 가공경화율의 증가로 네킹이 지연되어 강도와 함께 연성이 증가된다.

고강도와 고연성을 동시에 가질 수 있는 소재로써 소성변형 중 잔류오스테나이트가 마르텐사이트로 변태함에 따라 강도와 연성이 향상되는 변태유기소성을 이용하는 C-Mn-Si계 탄소강 냉간압연판재들이 발명되었는데, 이 냉간압연판재들은 합금의 구성성분이 단순하면서도 다양한 가공열처리공정을 적용할 수 있기 때문에 스크랩의 재활용성 역시 우수한 것으로 평가받고 있다.

그러나 변태유기소성을 이용한 기존의 C-Mn-Si계 탄소강 냉간압연판재들은 대부분 탄소함량이 중량%로 0.25∼0.40% 범위인 중탄소강계로, 냉간압연판재에 요구되는 중요한 특성 중의 하나인 용접성이 열악하며, 냉간압연 공정에서 압연성이 저하되는 단점을 가지고 있어 탄소함량 0.2% 미만의 저탄소강계 변태유기소성 냉간압연판재가 요구되고 있다.

한편, 철강스크랩의 재활용과정시 정련공정에서의 제거 및 성분조절이 용이하지 않아. 소재 내에 잔류, 축적되는 원소들을 tramp element라고 하는데, 이러한 tramp element들은 강의 기계적 특성, 특히 인성에 악영향을 끼치는 것으로 알려져 있어 그 제거를 위하여 정련시 여러 가지 노력을 기울여 왔다. 그러나 tramp element중에는 Cu, Cr, Ni등과 같이 철강재의 기계적 성질 향상에 유용하게 활용될 수 있는 원소들이 있는데 이들을 적극적으로 활용하면 재활용성이 우수한 고강도 철강신소재를 개발 할 수 있다.

본 발명은 변태유기소성을 이용한 기존의 중탄소 C-Mn-Si계 탄소강 냉간압연판재보다 낮은 탄소함량과 함께 tramp element인 Cu, Cr, Ni 등을 함유하여 용접성과 압연 및 스크랩 재활용성을 개선하고 이상영역열처리와 항온변태처리를 통해 다량의 잔류오스테나이트를 형성하여 변태유기소성에 의해 고강도와 고연성을 나타내는 저탄소강 냉간압연판재의 제조를 목적으로 한다.

본 발명은 자동차용 내·외판재 또는 보강재에 적용될 수 있는 C(0.2% 미만)-Mn-Si계 저탄소강에 Cu, Cr, Ni를 함유하고 변태유기소성을 이용한 인장강도 700MPa 이상의 냉간압연판재의 제조와 열처리 기술의 확립을 기술적 과제로 한다.

제1도 발명된 냉간압연판재의 이상영역열처리 및 항온변태처리 개략도,

제2도 이상영역열처리와 항온변태처리된 냉간압연판재의 기계적 성질을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 중량%로 0.10∼0.16%의 C, 1.5∼1.6%의 Mn, 1.0∼1.6%의 Si, 0.05%미만의 Al 및 잔부 Fe로 된 강에 0.45∼0.55%의 Cu, 0.35∼0.45%의 Cr, 0.35∼0.45%의 Ni 중에서 선택된 성분이 1종 또는 2종 이상 첨가된 강을 열간압연 및 냉간압연하여 냉간압연판재를 제조하고 상기냉간압연판재를 780∼810℃의 온도범위에서 3∼7분간 이상영역 열처리한 다음 급냉하여 430∼450℃의 온도범위에서 1∼20분간 항온변태처리 처리하고 공냉하에서된 것을 특징으로 하는 고강도와 고연성을 갖는 냉간압연 판재의 제조방법을 제공한다.

이하에 본 발명을 상세히 설명한다.

기존의 변태유기소성을 이용한 C-Mn-Si계 탄소강 냉간압연판재들은 대부분 탄소함량이 중량%로 0.25∼0.40% 범위인 중탄소강계인데, 이는 잔류오스테나이트를 다량으로 강판 내에 형성시키기 위해서는 탄소의 함량이 높아야 하기 때문이다. 그러나, 탄소의 함량이 0.2% 이상으로 높은 경우에는 냉간압연판재에 요구되는 중요한 특성 중의 하나인 용접성이 매우 열악하기 때문에 고강도와 고연성을 가지고 있음에도 불구하고 사용이 극히 제한적이다. 이러한 이유로 용접성의 문제를 극복할 수 있는 탄소함량 0.2% 미만의 저탄소강계 변태유기소성 냉간압연판재가 요구되고 있다. 이와 함께 변태유기소성을 이용한 C-Mn-Si계 냉간압연판재들에 대한 연구결과들과 발명특허들을 살펴보면, 다량의 잔류오스테나이트 형성과 이에 따른 변태유기소성 효과를 나타내기에 적정한 Mn과 Si의 함량은 각각 1.5% 정도로 보고되고 있다. 이에 본 발명에서는 냉연강판재의 용접성을 향상시키기 위하여 탄소의 함량을0.10∼0.16% 하고 Mn의 함량을 1.5∼1.6%로 하고 Si의 함량을 1.0∼1.6%로 하는 저탄소계 변태유기소성 냉간압연강판을 설계하였다.

또한 변태유기소성을 일으키기 위해서는 잔류 오스테나이트가 반드시 필요하고 가장 적절한 양의 잔류 오스테나이트를 생성시키기 위한 열처리 조건을 찾아내어야 하므로 열처리 조건은 한정될 수 밖에 없다. 제1도는 발명된 냉간압연판재의 이상영역열처리 및 항온변태처리 개략도를 나타낸 것이다. 냉간압연판재의 화학조성에 따라 이상영역열처리는 780∼810℃의 온도범위에서 3∼7분간 실시하며, 항온변태처리는 430∼450℃의 온도범위에서 1∼20분간 항온변태처리한 후 공냉하는 것을 기본으로 한다. 구체적으로 A 및 B 판재는 790℃, C 및 D 판재를 780℃, E 판재는 810℃에서 이상영역열처리하며, 항온변태처리는 A∼D 판재는 430℃, E 판재는 450℃에서 실시한다. 여기에서 각 판재의 이상영역열처리온도는 오스테나이트가 부피분율로 50% 형성되는 온도이며, 항온변태처리온도는 각 판재의 이상영역열처리온도는 오스테나이트가 부피분율로 50% 형성되는 온도이며, 항온변태처리온도는 각 판재의 마르텐사이트변태 개시온도인 Ms 직상의 온도로서, 이러한 온도에서 이상영역열처리와 항온변태처리를 할 경우 냉간압연판재들은 가장 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있다.

따라서 냉간압연판재들은 화학조성에 따라 780∼810℃의 온도범위에서 3∼7분간 이상영역열처리한 후 공냉한다.

[실시예]

다음표1은 발명된 냉간압연판재(A-E)의 기계적 성질을 고성형성 냉간압연강판재로 알려져 있는 석출경화강(P), 이상조직강(D), 고용강화강(S) 등과 비교한 것이다. 여기에서 발명강들은 상기한 항온변태처리 온도에서 3분간 열처리하였다.

[표1]

판재	화학조성(중량.%)	기계적 성질
	C	Mn	Si	Cu	Cr	Ni	항복강도(MPa)	인장강도(MPa)	연신율(%)	균일연신율(%)	가공경화지수	소성변형비
A	0.144	1.51	1.49	0.51	-	-	505	817	36.4	28.4	0.276	0.93
B	0.150	1.52	1.49	0.51	0.39	-	425	990	20.4	14.9	0.186	0.77
C	0.153	1.52	1.53	0.51	-	0.41	492	837	32.0	25.4	0.261	0.88
D	0.153	1.50	1.55	0.50	0.39	0.41	485	1066	181.1	13.7	0.161	0.87
E	0.100	1.52	1.48	0.51	-	-	460	737	32.8	24.8	0.248	0.96
P	0.130	1.35	0.25	-	-	-	431	564	27.5	16.9	0.172	0.88
D	0.090	2.07	0.03	-	-	-	346	653	27.0	18.4	0.185	0.70
S	0.090	0.19	0.99	-	-	-	323	434	35.7	22.0	0.188	0.87

표1에 따르면 강종 A,C,E의 경우 700-850MPa의 인장강도를 유지하면서도 30% 이상의 높은 연신율을 지니고 있으며 비교강들은 강도가 비슷한 경우 연신율이 발명강에 비해 낮거나 연신율이 비슷한 경우 강도가 발명강에 비해 낮은 것을 알 수 있다.

그리고 기존에 발명된 변태유기소성강에는 발명강과 비슷하거나 더 나은 기계적 성질을 보유하고 있는 것들이 있으나 이들은 탄소함량이 0.25∼0.40%로 발명강에 비해 탄소함량이 1% 이상 높은 단점이 있다.

제2도는 이상영역열처리와 항온변태처리된 냉간압연판재의 인장특성을 항온변태처리시간에 따라 나타낸 것이다. 항온변태처리시간에 관계없이 발명된 냉간압연판재들은 700MPa 이상의 인장강도를 가지고 있으며, 특히 A,C,E 판재는 30% 이상의 높은 인장강신율을 가지고 있어 가공성이 우수하여 프래스가공 등을 거치는 자동차의 내외판재에 사용될 수 있다. B 및 D 판재는 950MPa의 초고강도를 나타내며인장연신율은 25% 이하로 연성보다는 높은 강도가 요구되는 임팩트바 등의 보강재에 사용할 수 있다.

변태유기소성을 이용한 기존 C-Mn-Si계 강의 냉간압연판재는 0.25%(중량%)이상의 높은 탄소함량을 가지고 있어 용접성과 압연성이 떨어지는 단점을 가지고 있었으나, 본 발명품은 탄소함량을 0.2% 미만으로 낮춤으로써 이를 개선하였다. 새로이 발명된 저탄소강 냉간압연판재들은 열처리 온도가 높지 않고 열처리 시간이 수 분 이내로 짧으며, 열처리시 기존의 냉간압연설비 중의 일부인 연속소둔설비를 그대로 이용할 수 있어 별도의 시설투자가 필요하지 않다. 또한 기계적 특성향상을 위하여 tramp element들은 Cu, Cr, Ni을 적극적으로 활용하기 때문에 스크랩의 재활용이 용이하고 정련비용을 절감할 수 있다. 그리고, 본 발명품들은 기존의 자동차용 내·외판재 또는 보강재로 사용되어온 저탄소강 냉간압연판재보다 획기적으로 강도를 개선하였기 때문에 자동차 안전성의 향상과 경량화에 효과적으로 기여할 수 있다.

Claims (1)

1. 중량%로 0.10∼0.16%의 C, 1.5∼1.6%의 Mn, 1.0∼1.6%의 Si, 0.05%미만의 Al 및 잔부 Fe로 된 강에 0.45∼0.55%의 Cu, 0.35∼0.45%의 Cr, 0.35∼0.45%의 Ni 중에서 선택된 성분을 1종 또는 2종 이상 첨가하여서 된 강을 열간압연 및 냉간압연하여 냉간압연판재를 제조하고 상기냉간압연판재를 780∼810℃의 온도범위에서 3∼7분간 이상영역 열처리한 다음 급냉하여 430∼450℃의 온도범위에서 1∼20분간 항온변태처리 처리하고 공냉하여서된 것을 특징으로 하는 고강도와 고연성을 갖는 냉간압연 판재의 제조방법.