KR20030021423A

KR20030021423A - 초고성형 자동차용 강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20030021423A
Application number: KR1020010054694A
Authority: KR
Inventors: 이점수; 박영철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-15
Also published as: KR100530055B1

Abstract

본 발명은 자동차용 강판등에 사용되는 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 강판의 조성, 소둔열처리 조건 및 조질압연조건을 보다 적절히 조절하므로써 도장성, 내식성 및 용접성이 우수할 뿐만 아니라 초고성형성을 갖는 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 초고성형 자동차용 강판을 제조하는 방법에 있어서,

wt%로, C: 0.01∼0.05%, Mn: 0.05 ∼0.09%, Sol.Al: 0.035 ∼0.040%, Ti: 0.06 ∼ 0.095%, N: 0.0013 ∼ 0.0020%, P: 0.03 ∼ 0.07% , S: 0.002 ∼ 0.006% , 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 냉연강판을 865 ∼ 895℃에서 소둔 열처리한 후, 도금욕을 통과시켜 도금하고 열처리로에서 합금화처리한 다음, 0.4 ∼ 0.56%의 연신율로 조질압연하여 초고성형 자동차용 강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

초고성형 자동차용 강판의 제조방법{Method for Manufacturing Automotive Steel Sheet Having Ultra High Formability}

본 발명은 자동차용 강판등에 사용되는 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형성이 우수한 초고성형 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 합금화 용융아연도금강판은 도장성, 용접성 및 고객사 도장 후 내식

성이 우수하여 자동차 강판으로 널리 사용되고 있다. 이러한 특성은 합금화 용융

아연도금강판의 도금의 주성분인 아연(Zn)과 철(Fe)의 합금화 도금층에 의해 나타난다.

상기 합금화 도금층은 연속 용융아연도금 공정 중에 용융아연 도금욕조(Zinc Pot)를 통과하여 아연도금강판을 그 표면의 아연도금 층이 완전히 응고 되기전에 용융아연 욕조의 직상부에 설치된 합금화 열처리 로에서 아연과 소지 철이 충분히 합금화가 형성 되도록 도금층을 가열한 후 공기냉각대에서 급속 냉각시키므로써 제조된다.

상기와 같이 형성된 합급화 용융아연도금층은 금속 고유의 상(Phase)과 특성을 갖고 있는데, 제일 먼저 소지 철과 계면에는 케피탈 감마(Γ)상과 캐피탈 감마1(Γ1)상이 존재하고 이러한 상들은 각각 합금층중 철(Fe)성분 함량이 24∼31 at.％ 및 18.5∼23.5 at.％ 정도이고 금속학적 격자구조는 체심입방정계와 면심 입방정계의 특성을 갖고 있다.

이중 캐피탈 감마(Γ)상은 경도가 가장 높고 취약한 상으로서 가공시 합금층의 파우더링(Powdering) 및 성형시 터짐 및 가공 크랙(Crack)을 발생시키는 주 요인으로 작용한다.

또한 상기한 합금화 도금 층 상부에는 델타(δ)상이 존재하는데 이중 철(Fe) 성분은 6.7∼7.2 at.％이고 격자구조는 단사정계로 형성되어져 합금상중 가공성은 우수하나 마찰계수는 낮은 특성을 갖게 된다. 합금화 층 제일 상부에 존재하는 제타(ξ)상은 철(Fe) 성분이 18.5∼23.5at.％이고 단사정계로 이루어져 있어 합금상중 가공성은 가장 우수하나 마찰계수가 높아 가공 시 합금층에 플래킹(Flaking) 현상을 유발하게 된다.

상기 합금화 용융아연도금강판의 도금층 구조를 정리하면 하기 표 1과 같다.

상(Phase)	조성	범위(at.％Fe)	결정구조	비중(g/㎤)	경도(Hv)
η(Eta)	Zn	-	육방정계	7.14	52
ξ(Zeta)	FeZn₁₃	6.7∼7.2	단사정계	7.15	200
δ1(Delta1)	FeZn₇	8.5∼13	육방정계	7.24	284
Γ1(Gammar1)	Fe₅Zn₂₁	18.5∼23.5	면심입방	-	505
Γ(Capital Gam-)	Fe₃Zn₁₀	24∼31	체심입방	7.36	326

상기한 상들은 금속학적으로 설명하면, 열확산에 의해 도금 층 중의 아연과 소지

철 성분이 합금화 반응하여 생성되는 것으로서 합금화 열처리 온도, 합금화 열처리

시간, 합금화 열처리 후 냉각속도, 용융아연도금 욕 중의 성분에 따른 합금상에

서의 분포가 달라지게 된다.

일반적으로 용융아연도금강판 제조시에는 0.14∼0.20 wt.％의 알루미늄(Al), 0.01wt.％ 이하의 납(Pb) 및 0.25wt.％ 이하의 철(Fe) 원소를 함유하는 용융아연 도금 욕(Zinc Pot)에서 실시하게 된다.

이때 도금욕 중의 알루미늄 성분은 도금 욕에서 소지강판과 먼저 반응하여 소지 철 표면에 알루미늄 합금 층을 형성하고 그 후 아연과 반응하여 철-알루미늄-아연의 3원계 합금을 이루어 소지 철과 도금층의 계면에 존재함으로써 밀착성을 향상시키

는 역할을 한다.

또한, 도금욕 중의 철 성분은 용융아연도금욕중에서 소지 철이 용해하여 생성된 것으로 도금욕 내에 철 성분이 증가하게 되면 철-아연의 화합물을 형성하여 도금 욕 내의 구동 부분에 융착 하여 구동불량 및 도금강판의 표면불량을 유발하게 된다.

특히, 이러한 철 성분은 용융아연도금욕내에서 알루미늄 함량이 낮을 때 많아지게 된다.

통상적으로, 합금화 용융아연도금강판은 용융아연도금강판과 같은 공정에서 생산되지만 그 제조공정에 약간의 차이를 갖고 있다.

합금화 용융아연도금강판은 제품 특성상 도장성, 용접성 및 고객사 도장 후 내

식성이 중요한 자동차 강판에 널리 사용되고 있고 자동차 강판은 성형성 높은 제

품을 요구하고 있기 때문에 용융아연도금욕내의 알루미늄 함량을 0.10∼0.14

wt.％로 낮게 유지하여야 한다.

상기 융융도금욕내의 알루미늄 함량이 0.14wt.％ 이상일 때에는 소지 철과 도금층 계면에 생성되는 철-알루미늄-아연의 3원계 화합물의 두께가 두꺼워져서 합금화 열처리 과정시 소지철로부터의 철원자가 아연 도금 층내로 확산되는 것을 억제하여 확산반응을 지연시켜 파우더 링(Powdering)을 유발시키게 되며 도금층내의 마찰계수를 높여 고객사의 성형시 터짐 및 크랙(Crack)발생이 높게 된다.

이러한 합금화 용융아연도금 강판은 합금화 과정을 거친 후, 조질 압연(Skin Pass) 공정을 거치게 되므로 고객사가 원하는 재질을 확보하게 된다.

현재 상용중인 합금화 용융아연도금강판은 강 조성(Chemical Composition)에 따라 소둔 열처리 온도가 결정되어지고, 조질 압연(Skin Pass)의 연신율 제어를 통해 고객이 요구되는 품질을 확보하게 되는데, 고객사 제품 가공 시 가장 중요시되는 목표 YP 15Kg/㎟ 이하를 확보하기가 불가능하기 때문에 강판의 강 조성 변화와 조질 압연의 제조기준 확보가 중요한 관건으로 대두되고 있다.

본 발명은 강판의 조성, 소둔열처리 조건 및 조질압연조건을 보다 적절히 조절하므로써 도장성, 내식성 및 용접성이 우수할 뿐만 아니라 초고성형성을 갖는 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

wt%로, C: 0.01∼0.05%, Mn: 0.05 ∼0.09%, Sol.Al: 0.035 ∼0.040%, Ti: 0.06 ∼0.095%, N: 0.0013 ∼ 0.0020%, P: 0.03 ∼ 0.07%, S: 0.002 ∼ 0.006% , 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 냉연강판을 865 ∼ 895℃에서 소둔 열처리한 후, 도금욕을 통과시켜 도금하고 열처리로에서 합금화처리한 다음, 0.4 ∼ 0.56%의 연신율로 조질압연하여 초고성형 자동차용 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 강 조성, 소둔열처리온도, 조질 압연 조건등을 적절히 제어하여 이루어진 것이다.

본 발명에 있어서, Ti은 C, S 및 N과 결합하는 원소로 TiC, TiN등을 석출시킴으로써, 강판의 가공성 저하를 최소화함과 동시에 석출물에 의한 입도 미세화 및 강도상승의 목적으로 첨가되는 성분으로써, 너무 많이 함유되는 경우에는 항복강도(YP)를 증가시켜 프레스 가공시 성형성을 저하시키고, 너무 저은 경우에는 상기한 첨가효과가 미흡하게 되므로, 그 함량은 0.06-0.095%로 선정하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 Ti의 함량을 하기 식 (1)과 같이 설정하는 것이다.

0.228 C% + 0.131 S% + 0.241 N% ≤Ti ≤0.457 C% + 0.159 S% + 0.334 N%

본 발명에 있어서 상기 C는 일반적으로 그 함량이 많을수록 강판의 강도를 증가시키는 성분이지만, 강중에 소량으로 첨가하여 오스테나이트 상을 안정화시키고, 마르텐 사이트변태개시온도(Ms)를 낮추기 때문에 냉간가공시 가공유기마르텐사이트의 생성을 어렵게 하고, 또한 그 첨가량이 과다하게 증가하게 되면 역효과인 탄화물의석출 및 그로 인한 내식성 저하등을 가져오게 되므로, 상기 C의 함량은 0.01-0.05%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn는 강판 제조 작업 후 냉간압연시 취성을 방지하기 위해 첨가되는 성분으로서 이러한 첨가효과를 얻기 위해서는 0.05%이상이 첨가되어야 하지만, 0.09%를 초과하는 경우에는 Mn이 강중에서 탄소와 상호 작용되어 프레스 가공성에 용이한 소둔 집합조직 발달을 억제하기 때문에 상기 Mn의 함량은 0.05~0.09%로 선정하는 것이 바람직하다.

상기 P는 강판 제조시 취성 파단 및 2차 가공작업시 입계 취성을 일으키는 성분으로서, 이를 방지하기 위하여 그 함량은 0.07% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 S는 너무 과다하게 함유되면 강판의 기계적 성질을 해치게 되므로, 그 함량은 0.006%이하로 제한 하는 것이 바람직하다.

상기 Sol. Al은 탈산을 목적으로 첨가되는 성분으로서 그 함량은 0.035-0.040%로 재한하는 것이 바람직하다.

상기 N는 강판제조시 연신율 저하효과가 크고 상온에서 재질열화의 원인이 되는 시효를 일으키는 주된 원소이므로 그 함량은 0.002%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

보다 바람직한 N의 함량은 0.0013~0.002%이다.

본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 냉연강판을 소둔 열처리하게 되는데, 소둔 열처리 온도는 865~895℃의 온도로 설정하는 것이 바람직하고, 소둔 시간은 10~160초로 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 소둔 열처리된 강판을 도금욕을 통과시켜 도금하고 열처리로에서 합금화처리한 다음, 0.4 ∼ 0.56%의 연신율로 조질압연하므로써 초고성형 자동차용 강판이 제조된다.

상기와 같이 소둔 열처리 및 도금작업을 마친 강판의 기계적성질, 표면사상 및 형상개선을 위하여 조질 압연을 실시하게 된다.

조질 압연을 행하지 않고 프레스(Press) 가공을 하게 되면 가공도가 낮은 부분의 성형시 스트레치 스트레인(Stretcher Strain) 이라는 국부적인 선상 또는 수지상의 불균일 모양이 발생하는데 이것을 방지하기 위해 미리 가벼운 조질 압연의 냉간 가공을 실시하여 항복점 연신을 제거 시킨다.

상기 조질 압연시 연신율이 과다하게 높으면 강판의 가공성 저하 및 프레스작업시 찢어짐 현상이 발생되고 적정한 강판 재질 보상이 난이하므로 항상 압연 중 가공성을 확보하고 항복점 연신을 제거하기 위해서는 조질 압연시 연신율은 0.04~0.56%로 설정하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

하기 표 2와 같은 조성을 갖는 강을 하기 표 3의 압하율 및 소둔온도 조건으로 냉간압연 및 소둔열처리를 행하고, 도금욕을 거쳐 538℃에서 합금화 열처리를 행하한 다음, 하기 표 3과 같은 연신율 조건으로 조질압연한 후, 가공성, 표면특성 및 성형성을 조사하고, 그 결과를 각각 하기 표 4, 표 5 및 표 6에 나타내었다.

구분	화학조성(wt%)
구분	C	Mn	P	S	Sol.Al	Ti	N
비교예	1	0.08	0.10	0.08	0.07	0.042	0.060-0.080	0.0022
	2	0.10	0.12	0.10	0.09	0.045	0.090-0.110	0.0025
	3	0.06	0.095	0.073	0.0065	0.041	0.085-0.100	0.0020
발명예	0.03	0.06	0.05	0.004	0.037	0.070-0.090	0.0017

구 분	냉간압연	소둔 열처리	조질압연
구 분	압하율(%)	소둔온도(℃)	연신율(%)
비교예	1	80	875	0.68
	2	75	878	0.57
	3	78	882	0.35
발명예	75	885	0.53

구 분	인장시험결과	r	경도(HrB)	파우더링성(등급)
구 분	항복강도(kg/mm²)	r	경도(HrB)	파우더링성(등급)	인장강도(kg/mm²)	연신율(%)	가공경화지수(n)
기준	≤15.5	≥27	≥50	≥0.24	≥2.2	≤40	≤3
비교예	1	15.7	28.0	54	0.227	2.24	30.2	3
	2	14.2	26.8	53	0.229	2.47	27.6	4
	3	14.7	27.8	48	0.236	2.35	30.2	3.5
발명예	15.0	29.3	51	0.240	2.22	33.6	3

구분	표면조도(Ra)
비교예	1	1.12
	2	0.76
	3	1.00
발명예	1.09

구분	가공시험결과	불량율
비교예	1	프레스압(1.1-1.4kg/cm²)별 시험결과 가공부 주름 및 크랙발생	50%
		초기 10매 테스트 결과 양호하였으나 주름제거를 위해 프레스 압 상향시 크랙 및 주름 발생	성형범위협소
	2	프레스압(1.1-1.4kg/cm²)별 시험결과 가공부 주름 및 크랙발생	50%
		초기 50매 테스트 결과 양호하였으나 주름제거를 위해 프레스 압 상향시 크랙 및 주름 발생	성형범위협소
				발명예	연속 50매 투입 테스트 결과 전량 양호	0%
					오일 미 도포 상태에서 연속 50매 테스트 결과 전량 양호	0%

상기 표 4, 표 5 및 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 경우(발명예)에는 가공성, 표면특성 및 성형성이 우수함을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 강판의 조성, 소둔열처리 조건 및 조질압연조건을 보다 적절히 조절하므로써 자동차 강판에 적용될수 있는 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금강판을 제공할 수 있기 때문에 자동차사의 모델 다양화 및 가공공정 단축에 따른 성형성에 어려움과 일체형 패널(Panel)증가에 적절히 대응할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

초고성형 자동차용 강판을 제조하는 방법에 있어서,

wt%로, C: 0.01∼0.05%, Mn: 0.05 ∼0.09%, Sol.Al: 0.035 ∼0.040%, Ti: 0.06 ∼ 0.095%, N: 0.0013 ∼ 0.0020%, P: 0.03 ∼ 0.07% , S: 0.002 ∼ 0.006% , 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 냉연강판을 865 ∼ 895℃에서 소둔 열처리한 후, 도금욕을 통과시켜 도금하고 열처리로에서 합금화처리한 다음, 0.4 ∼ 0.56%의 연신율로 조질압연하는 것을 특징으로 하는 초고성형 자동차용 강판의 제조방법