KR20030052354A - 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판과 그제조방법 - Google Patents

내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판과 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 내, 외판용으로 사용되는 인장강도 50Kg/㎟이상의 고장력강판에 관한 것으로, 그 목적은 2차가공취성 개선을 위하여 [P]의 첨가량을 상당량 줄이는 대신, 강도를 확보할 수 있는 [Nb]과 함께 [N], [S]를 탄,질,황화물로 고정시킬수 있는 [Ti]를 첨가하여 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C : 0.01%이하, Mn : 1.0~3.0%, P : 0.03%이하, Si : 0.3~0.8%, S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N : 0.005%이하, Cu:0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb는 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판과,
상기와 같이 조성되는 알루미늄 킬드강을 1200∼1250℃의 온도범위에서 균질화처리후, 마무리압연온도 Ar3이상의 조건으로 열간압연하고, 550 -700℃에서 권취한 다음, 냉간압연하고, 800℃ 이상에서 연속소둔한 다음, 조질압연하는 것을 포함하여 이루어지는 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술요지로 한다.

Description

내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판과 그 제조방법{Drawing High Strength Steel Sheet With Secondary Working Brittleness Resistance and Press Formability and A Method for Manufacturing thereof }
본 발명은 자동차 내, 외판용으로 사용되는 인장강도 50Kg/㎟이상의 고장력강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차가공취성 개선을 위하여 [P]의 첨가량을 상당량 줄이는 대신, 강도를 확보할 수 있는 [Nb]과 함께 [N], [S]를 탄,질,황화물로 고정시킬수 있는 [Ti]를 첨가하여 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판과 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 인장강도 35~60kg급의 가공용 고장력강은 주로 자동차 내, 외판용으로 사용되고 있다. 이 고장력강은 고용원소를 완전히 고착시켜 성형성을 향상시키기 위해 극저탄소(≤50PPM)를 베이스로 하고, 여기에 성형성 확보를 위하여 탄, 질화물 형성원소인 [Ti]를 첨가하면서 강도상승을 목적으로 [P]를 적당량(0.05~0.15%) 첨가한 강판이다.
그런데, 이 고장력 강판의 제조 또는 가공중 강판이 깨지는 (Crack) 현상 특히, 수요가의 프레스 가공후 2차가공을 할때 취성파괴가 발생하고 있다. 이 취성파괴의 원인은 입계에 [P]가 편석되어 입계가 취약해짐으로서 발생하는 것으로 알려져 있다. 특히, [P]의 입계편석을 막을수 있는 고용원소(C,N,S)가 없는 극저탄소강에서 취성파괴가 집중 발생하는 것으로 알려져 있다. 그러나, [P]는 저탄소강 또는 극저탄소강에 0.15중량% 이하로 첨가될 경우 가공성의 저하없이 강도를 효과적으로 상승시킬수 있는 대표적인 치환형 강화원소로 고장력 냉연강판에서 필수적으로 첨가되고 있다.
한편, 이러한 2차가공취성을 방지하기 위한 공지된 종래의 기술로서는, 연속소둔
을 이용하는 극저탄소 알루미늄 킬드강에 입계강화원소 [B]을 첨가한 심가공용도의 냉연 고장력강 제조법이 알려져 있다. 그러나, [B]의 첨가량이 질소[N]와의 석출물 형성관계, 질소[N]는 [Ti]과의 석출물 형성관계를 고려치 않고 있어 [B]을 첨가하고도 [B]의 효과가 없거나, 과잉첨가로 인한 재질열화가 문제가 되고 있다.
이 문제를 해결한 기술로서, 한국특허 제240986호가 있는데, 이 기술은 고용B이 0.0005 - 0.0015% 함유할 수 있도록 [N], [Ti]와의 석출물 형성관계를 고려하여 [B]의 량을 제안하고 있다. 즉Ti - 1.5S ≥ 3.43N 일 경우, B의 함량은 0.0005 - 0.0015% 로, Ti - 1.5S < 3.43N 일 경우, B의 함량은0.77(N-(Ti-1.5S)/3.43) + 0.0005 ≤B ≤0.77(N-(Ti-1.5S)/3.43) + 0.0015 범위로 첨가하고 있다. 그러나, 이기술 또한 강화원소로서 [P]를 상당량 첨가하는 강으로서는 2차가공취성의 근본적 방지는 어럽거니와, [B]의 첨가로 인한 재질열화 문제는 피할수 가 없다.
따라서, 본 발명은 2차가공취성 개선을 위해 [P]의 첨가량을 상당량 줄이면서 강도를 확보할 수 있는 고장력강판과 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고장력강판은, 중량%로, C : 0.01%이하, Mn : 1.0~3.0%, P : 0.03%이하, Si : 0.3~0.8%, S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N : 0.005%이하, Cu:0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb는 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된다.
또한, 본 발명의 고장력강판의 제조방법은, 중량%로, C : 0.01%이하, Mn : 1.0~3.0%, P : 0.03%이하, Si : 0.3~0.8%, S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N : 0.005%이하, Cu:0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb는 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 알루미늄 킬드강을 1200∼1250℃의 온도범위에서 균질화처리후, 마무리압연온도 Ar3이상의 조건으로 열간압연하고, 550 -700℃에서 권취한다음, 냉간압연하고, 800℃ 이상에서 연속소둔한 다음, 조질압연하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 2차가공취성 개선을 위하여 [P]의 첨가량을 상당량 줄이는 대신, 고용원소 [C[를 고정하면서 입자를 미세화시켜서 강도를 확보할 수 있는 [Nb]과 함께, [N], [S]를 탄, 질, 황화물로 고정시킬 수 있는 [Ti]를 첨가한 알루미늄 킬드강으로 고장력강판을 제조함으로써, 인장강도가 50Kg/㎟이상이고, rm값 (수직이방성의 평균값) 이 1.6이상, 연성취성천이온도가 가공비 1.9하에서 -80℃이하의 특성을 갖는 냉연강판을 제조하는데, 특징이 있다.
·C:0.01%이하
상기 탄소함량은 0.01% 을 초과하면 항복강도가 상승되어 포밍(FORMING)불량을
유발하고, 또한 고용탄소의 증가로 최종 소둔후 항복점 연신을 유발시켜 스트레쳐 스트레인(Stretcher-Strain)을 발생하므로 탄소함량을 0.01% 이하로 제한 하는 것이 바람직하다.
·Mn:1.0~3.0%
상기 Mn의 경우 에지크랙을 일으키는 FeS의 형성을 방지하기 위해서 S함량에 대해 약 10배이상이 함유되어야 하는데 본 발명강의 성분상 S가 통상의 극저탄소강에서의 함유량이 0.015%이하이므로 상기의 에지크랙과 관련하여 충분한 량이 첨가되는 것이 좋다. 또한 고용강화를 시키기위해서는 다량 함유하는 것이 강도증가 측면에서 유리하므로 하다. Mn의 함량 1.0%미만에서는 강도측면에서 만족스럽지 못하고, 상한의 경우는 3.0%초과시 가공성이 열화한다.
·P:0.03%이하
상기 P는 고용경화 효과가 가장 큰 치환용 합금원소로서 0.03%초과의 경우 재질경화 및 성형성이 나빠지며, 극저탄소강의 입계에 모여 입계를 취약하게 함으로서 부품을 만든후 2차가공취성의 유발의 원인이 되며, 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
·Si: 0.3~0.8%
상기 Si의 경우 가공성의 큰 저하없이 강도를 증가시키는 원소로 원소로 알려져 있다. 0.3% 미만시 목표강도 확보에 미흡하고, 0.8% 초과하여 첨가될 때 생산공정에서 용접성 및 도금성등에 악영향을 미친다.
·S:0.015%이하
상기 S는 열간취성을 일으키는 취약한 원소로써 성분범위를 낮게 관리할수록 좋으며, 또한, Mn계 황화물로 석출하기 때문에 Mn을 낮추기 위해서는 그 상한을 0.015%로 제한하는것이 바람직하다.
·Sol-Al:0.06%이하
상기 Al은 강의 탈산을 위해 첨가하는 성분으로서, 그 첨가량이 0.06% 초과인 경우에는 재질경화의 원인이 되므로 , 상기 Al의 함량은 0.06% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
·N:0.005%이하
상기 N은 침입형 원소로서 {111} 집합조직을 억제하여 가공성을 해치고 입자성장을 방해하여 연신율을 저하시키므로 낮게 관리할 수록 가공성에 좋으며 , 시효성원소로서 시효현상을 최소화하기 위해 그 상한을 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다
·Cu:0.5~1.0%
상기 Cu는 통상 석출강화를 위해서 첨가하나 단시간의 열처리에 의해서는 석출강화의 효과를 얻기가 어렵기 때문에 가공성의 저해없이 강도증가를 시키기 위해서 첨가한다. 0.5%미만으로 첨가시 목표강도 확보가 어렵고, 1.0%초과의 경우 제강 조업성 및 제강 원단위 측면에서 불리하므로 0.5~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
·Ti:0.01~0.04%
상기 Ti는 고용원소(질소,황)를 TiN, TiS로 석출시킴으로서 항복강도를 낮추고 항복점 연신을 제거시켜 스트레쳐 스트레인의 발생을 억제하는 역활을 한다. 통상적으로 소둔후의 항복강도와 성형시 발생하는 스트레쳐 스트레인은 강중에 존재하는고용원소량에 비례하여 증가하게 된다. 본 발명에서는 Ti첨가에 의해 질소와 황을 고정하는 효과로 항복강도를 낮추고 스트레쳐 스트레인을 제거할 수 있는 기능을 가진다. 이러한 Ti량이 0.01% 미만이 되면 고용원소를 효과적으로 석출시킬 수 없고 , 0.04%를 초과하게 되면 그 효과측면에서 무의미하므로 Ti량을 0.01∼0.04%로 제한하는 것이 바람직하다.
·Nb:고용Nb이 0.02~0.04%만족하도록 첨가
상기 Nb는 강중의 고용C과 결합하여 미세한 NbC석출물을 형성하는 원소로서 극소탄소강에 미세한 NbC석출물 분포로 인하여 입자크기를 미세화시킴으로서 입자사이즈강화 및 석출강화, 분산강화를 동시에 이룰수 있는 강화원소이다. 따라서, Nb가 전량의 고용[C]과 반응하여 NbC가 석출될수 있도록 Nb은 [C]결합에 필요한 량에 대략 2배의 량을 안정적으로 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 고용 Nb도 0.02~0.04% 함유되는 것이 바람직하므로 Nb은 관계식 1을 만족하도록 첨가한다.
[관계식 1]
6.63[C] + 0.02% ≤ Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%
Nb이 6.63[C] + 0.02% 미만으로 첨가시 안정적인 NbC량 확보가 안되어서 강도부족과 스트레쳐-스트레인이 발생할 수 있으며, 6.63[C] + 0.04%를 초과할시에는 강도초과와 연신율 저하를 초래할 수 있다.
상기와 같이 조성되는 슬라브는 제강공정을 통해 용강을 얻은 다음에 조괴 또는 연속주조공정을 통해 만든다. 이 슬라브를 열간압연공정, 권취공정, 냉간압연공정, 소둔공정을 통해 목표로 하는 기계적성질을 갖는 고장력강판을 제조하는데, 각 공정별 제조조건을 구체적으로 설명한다.
·열간압연공정
슬라브를 열간압연전의 오스테나이트조직이 충분히 균질화될 수 있는 1200∼1250℃에서 가열한 후 Ar3온도 직상에서 마무리 열간압연을 실시한다. 열간 마무리압연온도를 Ar3 변태점미만에서 작업을 하면 페라이트+퍼얼라이트 2상조직에서 압연되므로 이상 조대립이 발생되고 그에 따라 제품 가공시 불량발생의 요인이 된다. 따라서 상기 열간 마무리압연온도는 Ar3 변태점 이상에서 행하는 것이 바람직하다.
·권취공정
상기 열간압연한 열연판을 권취하는데, 권취온도는 550∼700℃에서 행하는 것이 바람직하다. 권취온도가 700℃ 보다 높으면 고온 작업시 스케일이 다량 발생으로 표면품질의 문제가 야기될 수 있고 조직의 {111} 방향의 분율이 낮아져 가공성의 열화요인이 되며, 550℃ 보다 낮을 경우에는 조직의 {111} 방향 분율이 높아져 가공성이 향상되나, 코일 내외부의 온도편차가 크게 발생하여 코일내 재질의 편차가 발생할 우려가 있다.
·냉간압연공정
권취한 열연판을 냉간압연하는데, 이때 냉간압연은 원하는 최종두께로 냉연판을 얻을 수 있도록 적절히 압연조건을 설정하면 된다. 따라서, 냉간압연조건은 특별히 한정하지 않으며 통상의 조건이면 가능하다.
·소둔공정
그 다음으로 냉간압연판을 소둔하는데, 이때의 소둔은 연속소둔이 좋다. 연속소둔 온도는 재결정완료온도 이하로 작업시 혼립조직이 발생하여 재질편차 및 가공시 가공크랙이 우려되므로 재결정완료온도 이상에서 행하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 단시간 연속소둔인점을 고려하여 800℃이상으로 하는 것이다.
상기와 같이 소둔하여 얻은 냉연강판은 통상의 조건으로 조질압연한다.
본 발명에 따라 제조되는 고장력강판은 수직이방성의 평균값(rm)이 2.1이상이고, 연성-취성 천이온도(DBTT)가 가공비(Drawing Ratio) 2.0하에서 -80℃이하인 인장강도가 40Kg/㎟이상인 냉연강판의 특성을 갖는다.
본 발명에 따라 제공되는 고장력강판은 제품의 요구특성에 맞추어 통상의 전기도금 또는 용융도금이 적용될 수도 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 극저탄소 알루미늄 킬드강을 전로에서 용해하여 노외정련처리를 한 후 연속주조하여 강슬라브를 제조하였다. 이때 하기 표 1에 나타난 발명강(1-3) 및 비교강(4-6)은 모두 노외정련후 최종강 성분이다. 발명강(1-3)은 고용 Nb가 0.02~0.04% 함유할 수 있도록 6.63[C] + 0.02% (α로 표기)이상, 6.63[C] + 0.04%(β로 표기)이하의 범위 내에서 첨가되었고, 또한 비교강(4)는Nb가 α 미만으로 첨가된 강이며, 비교강(5)은 Nb가 β범위를 초과해서 첨가된강이다. 비교강(6)은 Nb가 α 미만으로 첨가된 강으로서 C도 제한범위를 초과하였고 P성분도 제한범위를 초과하여 첨가된 강이며 Ti는 미첨가된 강이다.
표 1과 같은 조성을 갖는 강 슬라브를 1250℃의 온도에서 균질화처리한 다음
Ar3 직상 온도인 910℃ 부근에서 2.3㎜의 두께로 마무리 열간압연을 한 후, 표 2
에 표기한 열연 권취온도에서 권취하고 통상의 방법으로 산세를 행하였다. 산세된
열연강판은 냉간압연후 연속소둔을 적용하여 최종 냉연강판의 두께가 0.70mm인
냉연강판을 얻었다. 표 2는 발명강, 비교강의 기계적성질 및 연성-취성 천이온도
(DBTT , Ductile-Brittle Transition Temperature , 이하 DBTT로 명명), 가공성
을 나타낸다. DBTT는 충격시 파괴양상이 연성파괴에서 취성파괴로 천이되는
온도를 측정하는 것으로서 온도가 낮을수록 2차가공취성이 우수한 것으로 평가
되며 표 에서의 실적은 가공비 1.9하에서의 실적을 인용하였다. 또한, 가공
성은 강판의 성형성 평가를 시험하기 위한 유압 프레스 모델다이
(450 X 500 X 100 mm)를 이용하여 성형한 실적을 나타낸 것인데, 크랙발생
이나 형상동결성 등이 불량하면 가공성은 불량한 것이다.
상기 표1, 2에 나타난 바와 같이, 비교강(4)의 경우에는 Nb를 고용Nb 확보범위에
미달되게 첨가하였으므로 DBTT와 성형성은 양호하지만 TS가 50Kg이하로 강도가
부족하여 불량하다. 비교강(5)의 경우에는 Nb를 고용Nb 확보범위에 초과되게 첨
가하였으므로 DBTT는 양호하지만 TS강도가 OVER하고 성형성은 불량하다. 비교강(6)의 경우에는 Ti가 미첨가된 강으로서 [P]를 관리범위를 초과하여 첨가하였으므로 [P]첨가로 강도확보는 되었으나 DBTT가 -15도로 불량하였다.
그러나, 발명강(1-3)에 경우 P의 첨가를 0.03%이하로 제한하고 Nb, Ti가 첨가된
강으로서 Nb의 경우 고용Nb확보범위내로 첨가하였으므로 DBTT와 성형성이 양호
하였다
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고용강화원소 [P]를 첨가하는 통상의 심가
공용 냉연 고장력강의 2차가공취성를 개선하기 위하여 2차가공취성의 원인이
되는 [P]의 첨가를 0.03%이하로 줄이고 [Ti]와 [Nb]를 첨가하는데, 특히 [Nb]
는 고용[Nb]를 확보하기 위해 [C]과 상호 관계식에 의거 첨가함으로써 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 냉간압연 50Kg급 고장력강판을 제공할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 중량%로, C : 0.01%이하, Mn : 1.0~3.0%, P : 0.03%이하, Si : 0.3~0.8%, S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N : 0.005%이하, Cu:0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb는 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고장력강판은 인장강도가 50Kg/㎟이상이고, rm값 (수직이방성의 평균값) 이 1.6이상이고, 연성취성천이온도가 가공비 1.9하에서 -80℃이하임을 특징으로 하는 내2차가공취성 및 성형성이 우수한 고장력강판.
  3. 중량%로, C : 0.01%이하, Mn : 1.0~3.0%, P : 0.03%이하, Si : 0.3~0.8%, S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N : 0.005%이하, Cu:0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb는 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%를 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 알루미늄 킬드강을 1200∼1250℃의 온도범위에서 균질화처리후, 마무리압연온도 Ar3이상의 조건으로 열간압연하고, 550 -700℃에서 권취한 다음, 냉간압연하고, 800℃ 이상에서 연속소둔한 다음, 조질압연하는 것을 포함하여 이루어지는 내2차가공취성 및 성형성이 우수한고장력강판의 제조방법.
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