KR20020041067A - 내덴트성 및 가공성이 우수한 냉연강판 제조방법 - Google Patents

내덴트성 및 가공성이 우수한 냉연강판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내덴트성 및 가공성이 우수한 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 항복강도가 18∼22kgf/mm2, 인장강도 32∼35kgf/mm2및 rm값(수직이방성 평균값)이 1.8이상인 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 내덴트성 및 가공성이 우수한 인장강도 32kgf/mm2급 냉연강판의 제조방법은, 중량 %로 C:0.0050%이하, Mn:0.3∼0.5%, P:0.02∼0.04%, Si:∼0.03%, N:0.0030%이하, S:0.015%이하, Ti:0.045∼0.065%의 성분조성을 가지고, 기타 불가피하게 함유되는 원소를 포함한 극저탄소강을 통상의 방법으로 슬래브 재가열 균열처리하고, 열간압연시 열간 마무리 압연온도를 Ar3 변태점 이상으로 하여 600∼700℃의 범위에서 권취하여 열연코일을 제조하고, 통상의 방법으로 산세하고, 70∼85% 범위에서 냉간압연을 행한 후, 800∼830℃ 범위에서 소둔을 실시하고, -10∼-30℃/sec 으로 냉각한 후 과시효처리하며, 조질압연 작업시 0.6∼1.2% 범위에서 연신율을 적용하여 냉연강판을 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

내덴트성 및 가공성이 우수한 냉연강판 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING COLD-ROLLED STEEL SHEET HAVING IMPROVED DENT-RESISTANCE AND PROCESSABILITY}
본 발명은 내덴트성(DENT-RESTSTANCE) 및 가공성이 우수한 인장강도 32Kgf/mm2급의 냉연강판 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 극저탄소 알루미늄 킬드(Al-killed)강에 고용강화 원소인 망간[Mn], 인[P]을 적절하게 첨가하며, [C], [Ti]성분을 조절하여 항복강도 18∼22kgf/mm2, 인장장강도 32∼35kgf/mm2및 rm값(수직이방성 평균값)이 1.7이상인 냉연강판을 제조함으로써, 충분한 가공성을 확보한 상태에서 기존 극저탄소강 대비 항복강도를 2∼3kgf/mm2이상 향상시킴으로 인해 내덴트성이 우수하여 자동차용 소재의 루프, 도어, 후드 등의 외판재에 적용할 수 있으며, 또한 강도 상승으로 인해 소재 두께를 감소시킬 수 있어 자동차사 환경규제대응 및 연비향상에 기여할 수 있는 소지강판으로 사용할 수 있는 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명이 관련된 자동차용 냉연강판의 경우 기존에는 저탄소강을 베이스로 한 상자(BAF)소둔 방식으로 생산하거나, 또는 극저탄소강을 베이스로 하여 CAL소둔방식을 활용한 가공성이 우수한 냉연강판을 생산하고 있다.
상자소둔에 의한 냉연강판은 0.02∼0.04%[C]의 저탄소베이스로 650∼700℃의 소둔온도로 가열한 후 서서히 냉각하여 충분히 탄질화물을 석출시켜 가공성을 확보하고 있으나, 소둔방식 특성상 재질이 불균일하고 표면품질이 열위하며 또한 생산성이 매우 낮아 최근에는 대부분 극저탄소강을 활용한 CAL소둔 방식으로 냉연제품을 생산하고 있다. CAL소둔 방식의 경우는 [C]:0.005% 이하, [P]:0.015%, [S]:0.015% 이하에 [Ti],[Nb]을 첨가한 IF강(극저탄소강에 탄질화물 원소를 첨가하여 강중 탄소,질소를 석출시킨 강) 및 800℃이상의 고온소둔 방식을 이용하여 냉연강판을 생산하므로 드로잉성과 연성을 극대화할 수는 있으나, 항복강도나 인장강도가 매우 낮아 내덴트성 및 피로특성이 상대적으로 불리하다. 내덴트성은 압입등의 국부적인 변형에 견디는 성질로, 이를 측정하는 방법으로서는 시험용 강괴로 강판에 일정의 하중을 가한 후 그 들어간 깊이를 측정하는 방법이 사용된다.
최근에는 이러한 내덴트성의 문제를 극복하기 위해 [C]:0.002∼0.004%를 함유한 극저탄소강에 [Ti] 함량을 엄격히 관리함으로써 자동차 프레스가공후 도장작업후에 소부경화량이 3kgf/mm2이상인 소부경화형 냉연강판이 개발되고 있다. 그러나, 이러한 소부경화강은 제강작업시 매우 엄격한 성분관리로 제강작업성이 매우 나쁘며, 또한 시효 보증기간이 짧아 3개월 이내에 사용하지 않을 경우 품질불량이 발생할 가능성이 높으므로 해외 자동차용으로 공급하기 어려운 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 연속소둔 방식을 이용하여 내덴트성이 우수한 인장강도 32kg급 이상, rm값(수직이방성의 평균값) 1.8이상의 냉연강판을 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 내덴트성이 우수한 인장강도 32kgf/mm2급 냉연강판의 제조방법은, 중량 %로 [C]: 0.005% 이하, [Mn]: 0.3∼0.5%, [P]: 0.015%, [S]: 0.015% 이하, [N]: 0.003%이하, [Ti] 0.45∼0.065%의 성분조성을 가지고, 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소를 포함한 알루미늄 킬드강을 1050∼1200℃에서 균질화처리후, 열간압연 마무리 온도를 Ar3 변태점 직장인 900∼940℃로 하며, 열연권취는 600∼700℃ 의 온도범위에서 실시한 후 통상의 방법으로 산세처리하고, 이어서 70∼80%의 냉간압하율로 냉간압연을 실시한다. 그리고, 연속소둔 작업시 800∼830℃ 온도범위에서 고온 작업하며, 냉각속도 -10∼-30℃/sec 수준으로 냉각후 과시효처리하며 조질압연 작업시 0.6∼1.2% 범위의 연신율을 적용하여 냉연강판을 제조한다.
상기와 같이 제조된 내연강판은 항복강도 18∼22kgf/mm2, 인장강도 32kgf/mm2이상을 나타내며 수직이방성 평균값도 1.8이상의 우수한 가공성을 확보할 수 있으므로 자동차용 소재, 특히 루프, 도어, 후드 등의 우수한 가공성 및 내덴트성을 필요로 하는 외판재등의 소지강판으로 유리하게 사용할 수 있다.
이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 강판의 성분 조성은 중량 %로 [C]: 0.005% 이하, [Mn]:0.3∼0.5%, [P]: 0.2∼0.4%, [S]: 0.015% 이하, [N]: 0.003%이하, [Ti] 0.45∼0.065%이고 잔량 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 원소인데, 각 성분의 함량제한 사유는 다음과 같다.
탄소[C]는 가공성을 저해하는 원소로 0.005%이상이 되면 열연강판에서 고용으로 존재하는 고용탄소가 남을 수 있다. 이러한 고용탄소는 냉연강판의 가공성에 유리한 집합조직을 저해하기 때문에 냉연강판에서는 고용탄소의 양을 가능한 줄여주어야 한다. 일반적으로 티타늄[Ti]을 첨가하여 고용탄소를 제거하고 있으나, 탄소의 양의 많을 경우 [Ti]함량도 증가해야 되므로 이로 인한 제강작업성이 나빠지고 냉연강판의 표면결함 발생율이 크게 증가하므로 탄소의 상한값을 0.005%로 제한한다.
망간[Mn]은 황[S]원소에 의한 적열취성을 방지하기 위해 [S]함량의 10배이상이 함유되어야 하며, 또한 고용강화에 의한 강도향상 효과를 내기 위해 0.3%를 하한값으로 하였고, 또 0.5%이상에서는 결정립크기가 너무 감소하여 가공성이 감소하므로 상한값을 0.5%로 제한하였다.
인[P]원소의 경우 소량첨가에 의해서도 고용강화 효과 및 FeTiP 석출강화 효과가 뛰어나나, 0.5%를 초과할 경우 입계편석에 의한 2차가공취성 불량이 나타나므로 [P]원소 함량을 0.3∼0.5%로 제한하였다.
질소[N]의 경우는 강중에 [Ti]과 결합하여 석출한다. 질소는 일반적으로 [C]보다 대부분 먼저 석출되기 때문에 질소의 양이 많아지면 질소에 의한 [Ti] 소모량이 많아지고, 따라서 고용탄소를 제거하기 위한 [Ti]의 양이 증가하기 때문에 질소의 상한값을 0.003%로 하였다.
알루미늄[Al]은 강중에 탈산을 위하여 첨가되는데, 알루미늄의 첨가량이 0.02%이하가 되면 강중에 산소가 잔존하여 제강시 [Mn],[Ti]등과 산화물을 형성하기 때문에 성분제어가 힘들고 냉연강판에 결함을 야기하게 되며, 0.05%이상이 되면 알루미늄이 필요이상으로 첨가되어 제조원가가 상승하고 강판의 표면결함을 다량 발생시키므로 [Al]의 상한값을 0.05%로 제한한다.
티타늄[Ti]의 경우 가공성을 저해하는 탄소와 질소등의 침입형 고용원소 석출로 냉연강판의 가공성을 향상시키기 위해 0.045%이상 첨가하였고, 0.065%이상 첨가할 경우 제강공정에서의 노즐막힘등이 발생하여 작업성이 나빠지고 산화성 개재물로 인한 표면결함 발생이 증가한다. 따라서, [Ti]함량을 0.045∼0.065%로 제한하였다.
상기 조성으로 용해된 강을 1050∼1200℃정도에서 균질화처리를 실시한다. 균질화처리온도는 1200℃이상이 되면 주로 미세한 석출물들이 석출되어 가공성이 나빠지므로 균질화처리온도를 1050∼1200℃로 제한하였다. 열간압연작업 마무리 온도는 Ar3 변태점 직상인 900∼940℃에서 실시하고, 600∼700℃에서 열연권취하여 열연코일을 제조하였다. 열연코일을 산세한 후 70∼85%의 냉간압하율로 냉간압연 작업을 실시하였다. 압하율은 드로잉 가공성에 영향을 미치므로 70%이상으로 제한하였고, 냉간압연 작업시 압연기 부하를 감안하여 상한치를 85%로 제한하였다. 냉간압연후 소둔작업시 소둔온도는 800∼830℃의 범위로 하였다. 800℃ 미만의 경우는 재결정 및 충분한 결정립 성장이 일어나지 않아 가공성이 열화되며, 830℃ 이상의 경우는 강도가 열화되므로 800∼830℃로 소둔온도를 제한하였다. 조질압연은 형상교정, 조도부여, YP-EL 부여를 위해 실시하고 있으나, 0.6% 미만의 경우는 전위 부족에 의한 항복강도 부족이 일어나며, 1.2% 초과 적용시는 조질압연기 작업부하 및 재질 열화가 일어나므로 조질압연 연신율을 0.6∼1.2%로 제한하였다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예]
표1은 실험한 강의 성분실적, 열연권취온도 및 재질실적을 나타낸 것으로, 고주파 진공유도 용해로에서 용해한 강으로 60mm(두께) ×170mm(폭) ×200nn(길이)의 잉곳(INGOT)을 주조하여 1200℃에서 1시간 균질화 처리한 후 파일럿(PILOT)압연기에서 3.2mm두께로 열간압연하였으며, 열간압연 마무리 온도는 900℃로 하였고, 워터스프레이(WATER SPRAY)냉각을 거친 후 600℃와 700℃에서 1시간 열연권취 시뮬레이션(SIMULATION)하였다. 열간압연한 소재는 산세후 70∼80%의 냉간압하율로 냉간압연을 행하엿으며, 소둔열처리는 적외선 반사가열식 분위기로를 이용하여 800, 820, 840℃로 소둔온도를 변화시켜 열처리 작업을 실시하고 -25℃/sec로 냉각한 후 과시효처리하였다. 이렇게 생산된 발명재와 비교재의 화학성분, 권취온도, 소둔온도 및 재질실적 값을 표1과, 표2에 나타내었다. 현장 생산시에는 조질압연을 실시하나, 실험실 제조시는 조질압연 미적용으로 항복강도가 기준 대비 낮게 나타났다.
표1에서 보듯이 항복강도와 인장강도는 탄소함량이 증가할수록, 권취온도가 낮을수록, 소둔온도가 낮을수록 증가하였다. 비교1,2,3의 Ti + Nb 복합강의 경우는 인장강도 32kgf/mm2이상 확보는 가능하나 열연권취 온도에 따른 재질의 의존성이매우 커서 열연후 코일 길이 방향별 냉각이력의 차이에 따른 재질편차 발생가능성이 있다. 그러나, 발명강의 경우는 TS 32kgf/mm2이상, rm 1.8이상 확보가 가능하며 또한 권취온도와 소둔온도에 따른 재질편차가 작은 것으로 나타나, 현장 생산시 작업조건이 제약이 적어 안정한 재질확보 및 생산이 용이할 것으로 판단된다.
표3은 실제 발명강의 현장 적용 결과로서, 실험실 재질실적과 유사하나, 항복강도의 경우는 조질압연시 0.6∼1.2% 연신율을 적용함으로 인해 YP 18kgf/mm2이상 확보가 가능하며 기존강 대비 항복강도가 2∼3kgf/mm2높음으로 인해 내덴트성이 우수한 자동차 외판재의 소지강판으로 적용할 수 있음을 보여주고 있다. 표4는 실제로 자동차에 적용된 발명강의 내덴트성을 측정한 자료로 기존재 대비 우수한 실적을 보이고 있다.
[표1]
비교강과 발명강의 화학성분 및 재질실적
구분 화학성분(%) CT(℃) 재질실적
C Mn P S S0L-AL Ti Nb YP TS EL R
비교1비교2 0.0023 0.34 0.25 0.007 0.039 0.027 0.009 700600 12.812.9 32.033.0 44.541.3 2.01.73
비교3비교4 0.0035 0.34 0.25 0.007 0.051 0.032 0.009 700600 12.913.4 32.533.8 44.041.0 2.011.70
비교5비교6 0.0048 0.36 0.24 0.007 0.053 0.036 0.010 700600 13.015.0 33.235.8 43.538.5 1.971.60
발명1발명2 0.0029 0.36 0.24 0.007 0.045 0.045 - 700600 12.813.1 32.933.4 44.943.5 1.831.80
[표2]
발명강과 비교강의 열연권취온도 및 소둔온도에 따른 재질실적
구분 열연권취온도(℃) CAL소둔온도(℃) 재질실적
YP TS EL R
비교3비교3-1 700 800820840 12.912.811.9 32.532.432.0 44.044.045.0 2.012.082.10
비교4비교4-1 600 800820840 13.413.212.0 33.833.733.0 41.041.342.0 1.701.721.77
발명1발명1-1 700 800820840 12.812.512.2 32.932.532.3 44.945.645.6 1.832.032.10
발명2발명2-1 600 800820840 13.113.012.3 33.433.232.6 43.544.544.8 1.801.821.85
[표3]
발명강의 현장생산재(광양1냉연)와 기존 극저IF 냉연강판의 재질실적
구분 화학성분(%) 재질실적
C Mn P S0L-AL Ti YP TS EL R
기존재 ＜＝0.005 ＜＝0.15 ＜＝0.015 0.02∼0.06 0.035∼0.055 15∼16 28∼31 46∼48 1.8∼2.0
발명강 ＜＝0.005 0.3∼0.05 0.02∼0.04 0.02∼0.05 0.045∼0.065 18∼20 32∼34 44∼45 1.8∼1.9
[표4]
발명강과 기존 공급재의 내덴트성 비교 결과
구분 R/H L/H
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
기존재 4.65 8.85 4.50 8.05 4.55 7.00 3.80 6.55
NSC재 4.65 8.10 4.35 6.65 4.75 9.15 4.00 6.90
개선재 3.80 5.90 3.95 6.10 3.95 6.95 3.50 6.10
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 방법에 의해 자동차용 외판재로 적합한 우수한 내덴트성 및 가공성을 함께 구유하는 냉연강판을 효과적으로 생산제공할 수있게 된 특징이 있다.

Claims (1)

  1. 중량 %로 [C]: 0.005% 이하, [Mn]:0.3∼0.5%, [P]:0.2∼0.4%, [S]:0.015% 이하, [N]:0.003% 이하, [Al] 0.02∼0.05%, [Ti] 0.45∼0.065%의 성분조성을 가지고, 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소를 포함한 알루미늄 킬드강을 1050∼1200℃에서 균질화처리후 열간압연 마무리 온도를 Ar3 변태점 직상인 900∼940℃로 하며 열연권취는 600∼700℃의 온도범위에서 실시한 후 통상의 방법으로 산세처리하고, 이어서 70∼85%의 냉간압하율로 냉간압연을 실시하고, 800∼830℃ 온도범위에서 연속소둔한후 냉각속도 -10∼-30℃/sec 수준으로 냉각후 과시효처리하고, 조질압연시 연신율 0.6∼1.2%를 적용하여 항복강도 18∼22kgf/mm2, 인장장강도 32∼35kgf/mm2및 수직이방성 평균값 1.8이상을 확보하는 것을 특징으로 하는 내덴트성 및 가공성이 우수한 냉연강판 제조방법.
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