KR20030055530A - 초고강도 냉연강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

자동차 범퍼나 문의 보강재 등에 사용되는 초고강도 냉연강판 제조방법이 제공된다.

본 발명은 보강재용 초고강도 냉연강판을 제조함에 있어서, 중량비로 탄소 0.15 ~ 0.23%, 실리콘 0.3 ~ 0.8%, 황 0.02% 이하, 질소 0.005% 이하, 알루미늄 0.02 ~ 0.06%, 인 0.03 ~ 0.10%, 망간 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴 0.05 ~ 0.4%, 니오븀 0.01 ~ 0.05%, 잔부 철 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을 1050 ~ 1300^oC에서 균질화 처리하는 단계; 850 ~ 950^oC에서 마무리 열간압연하고 650 ~ 800^oC에서 열연권취; 그 열연강판을 압하율 30 ~ 80%로 냉간압연; 그 냉연강판을 A3온도 이상으로 연속소둔하는 단계; 및 그 소둔강판을 500 ~ 400^oC까지 급냉하고 이 온도에서 서냉하면서 3분 이상 유지하는 단계;를 포함한다.

Description

초고강도 냉연강판 제조방법{Method for Manufacturing Cold-rolled Steel Sheets with Ultra High Strength}

본 발명은 자동차 범퍼나 문의 보강재 등에 사용되는 초고강도 냉연강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저탄소 알루미늄킬드(Al-killed)강에 첨가되는 망간(Mn), 실리콘(Si), 인(P), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 등의 양을 적절히 조절함으로써 페라이트와 베이나이트 및 잔류 오스테나이트로 구성된, 굽힘 가공성이 우수하고 고가공성을 갖는 초고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 자동차 보강재용 고강도강은 다량의 합금원소를 함유한 저탄소강으로 연속소둔 설비를 이용하여 제조하여 왔다. 이 경우 강판의 미세조직 중에 석출물과 마르텐사이트와 같은 경질의 상을 많이 생성시키기 때문에 가공성이 매우 낮아 형상이 복잡한 부품에는 적용하기 어려울 뿐만 아니라 굽힘 가공성이 높지 않기 때문에 롤 가공과 같은 굽힘 가공을 받는 부위에는 적용하기가 힘들었다. 특히, 미세조직 내에 마르텐사이트를 형성하는 복합조직강은 수냉 및 산세설비와 같은 부가적인 설비가 필요하여 제조원가를 올리는 요인이 되었다.

베이나이트 단상으로 제조되는 베이나이트강은 굽힘 가공성은 우수하지만 고온소둔과 급속냉각설비가 역시 필요하여 통상의 연속소둔 설비에서는 적용하기가 어려웠다. 그리고, 다량의 마르텐사이트를 형성하는 복합조직강과 베이나이트강은 가공 후 일정시간이 지난 후에 파괴가 일어나는 내지연 파괴의 특성을 갖고 있기 때문에 충돌특성을 중요시하는 자동차의 보강재로는 적절하지 않은 재료로 알려져 왔다.

본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 본 발명은 다량의 페라이트와 베이나이트 및 소량의 잔류 오스테나이트가 형성되도록 열처리함으로써 다량의 마르텐사이트에 의한 복합조직강의 내지연 파괴특성을 방지하고, 베이나트강의 낮은 연성에 의한 가공성 열화를 방지하여 롤 가공과 같은 굽힘 가공을 받는 제품 뿐 아니라 형상이 복잡한 제품에도 적용할 수 있는, 또한 가공 경화능 및 소부 경화능이 높아 가공 및 페인트 건조 열처리 후에 항복강도가 매우 높아져 범퍼와 같이 높은 항복강도를 필요로 하는 제품에 적용할 수 있는 초고강도 냉연강판 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명에 의하면, 중량비로 탄소 0.15 ~ 0.23%, 실리콘 0.3 ~ 0.8%, 황 0.02% 이하, 질소 0.005% 이하, 알루미늄 0.02 ~ 0.06%, 인 0.03 ~ 0.10%, 망간 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴 0.05 ~ 0.4%, 니오븀 0.01 ~ 0.05%, 잔부 철 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을 1050 ~ 1300^oC에서 균질화 처리하는 단계; 그 후 850 ~ 950^oC에서 마무리 열간압연하고 650 ~ 800^oC에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계; 그 열연강판을 압하율 30 ~ 80%로 냉간압연하는 단계; 그 냉연강판을 A3온도 이상으로 연속소둔하는 단계; 및 그 소둔된 강판을 500 ~ 400^oC까지 급냉하고 이 온도에서 서냉하면서 3분 이상 유지하는 단계;를 포함하는 초고강도 냉연강판 제조방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 굽힘 가공성이 우수하여 롤 가공과 같은 굽힘 가공을 주로 받는 자동차 범퍼의 보강재나 문의 보강재 등에 적용할 경우 균열 발생이 없는 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 저탄소 알루미늄킬드강에 첨가되는 망간, 실리콘, 인, 몰리브덴, 니오븀 등 화학성분의 첨가량을 적절히 조절함으로써 연속소둔 열처리 후 최종적으로 페라이트상에 베이나이트상과 미량의 잔류 오스테나이트 상을 분포시켜 인장강도가 높은 대신에 항복강도가 낮고, 굽힘 가공성이 우수한 고가공성 초고강도 냉연강판을 제조할 수 있도록 한다.

탄소(C)는 그 함량이 0.15 중량%(이하, %라 함) 이하가 되면 결정립이 성장할 뿐 아니라 탄소에 의한 고용강화효과와 석출강화효과가 적어지기 때문에 충분한 인장강도를 확보할 수 없는 반면, 탄소의 양이 0.23% 이상이 되면 인장강도는 증가하지만 가공성이 나빠질 뿐 아니라 강의 용접성이 급격히 떨어져 연속소둔설비와 같이 연속적으로 작업을 하는 경우 전후 작업코일을 연결하는 용접부에서 판파단이 발생하여 작업성이 크게 떨어진다. 따라서, 탄소의 첨가량은 0.15 % ~ 0.23%로 하는 것이 바람직하다.

실리콘(Si)은 고용강화효과에 의해 강판의 강도를 향상시키고 페라이트를 청정화하여 강의 연성을 향상시키는 효과가 있다. 특히, 인(P)을 동시에 첨가하는 강에서는 미량의 첨가에도 잔류 오스테나이트를 확보할 수 있기 때문에 연성 향상에 기여한다. 따라서, Si의 하한 첨가량은 0.3%가 바람직하다. 그러나, Si의 첨가량이 증가하면 열간압연시 Si산화물이 존재하여 산세성을 나쁘게 할 뿐 아니라 소둔시 강판의 표면산화에 의해 강판의 표면품질이 나빠지는 단점이 있으므로 Si의 상한 첨가량은 0.8%가 바람직하다.

망간(Mn)은 오스테나이트에서 페라이트로의 변태를 지연시키고 오스테나이트에서 페라이트로의 변태온도를 낮추는 효과가 크기 때문에 첨가량이 적절히 조절되어야 한다. Mn의 첨가량이 1.5% 이하가 되면 A3온도가 높아지기 때문에 소둔시 오스테나이트 단상역 소둔이 어렵게 되고 또 오스테나이트 단상역 소둔이 잘 되지 않으면 열연강판의 대상조직이 그대로 존재하기 때문에 굽힘 가공성이 크게 저하된다. 그리고, 소둔온도가 낮아 이상역 소둔이 되면 오스테나이트 상의 탄소 농도가 높아 500 ~ 400^oC영역에서의 열처리시 쉽게 탄화물이 형성되기 때문에 잔류 오스테나이트를 확보하기가 쉽지 않다. 따라서, Mn의 하한 첨가량을 1.5%가 바람직하다. 한편, Mn첨가량이 2.5% 이상 되면 경화능이 너무 높아 낮은 냉각속도 하에서도 쉽게 마르텐사이트 상이 형성되기 때문에 Mn의 상한 첨가량은 2.5%가 바람직하다. 다량의 마르텐사이트가 형성되면 굽힘 가공성이 크게 저하될 뿐 아니라 내지연 파괴현상도 일어나기 때문에 Mn의 첨가량은 적절히 조절해 주어야 한다.

인(P)은 고용강화효과가 크고 미량의Si가 첨가된 강에서는 미량의 잔류 오스테나이트를 확보할 수 있게 하므로 항복강도는 낮추고 인장강도는 높게 하는 특성이 있다. 그러나, P의 첨가량이 높으면 용접성이 크게 저해되므로 그 첨가량은 0.03 ~ 0.10%가 바람직하다.

알루미늄(Al)은 강의 탈산을 위하여 첨가되는데 알루미늄의 첨가량이 0.02% 이하가 되면 강중에 산소가 존재하여 제강시 망간, 실리콘, 보론, 크롬 등의 산화물 형성원소가 첨가될 경우 망간 산화물, 실리콘 산화물 등이 형성되기 때문에 망간, 실리콘 등의 성분제어가 힘들게 된다. 그리고, 알루미늄의 첨가량이 0.06% 이상이 되면 제조원가가 상승하고 강판의 표면결함을 다량 발생시키므로 알루미늄의 상한 첨가량은 0.06% 가 바람직하다.

몰리브덴(Mo)은 경화능을 크게 할 뿐 아니라 강판의 인성을 증가시키기 때문에 높은 충돌에너지 흡수성을 요하는 강판에 첨가하면 그 효과가 매우 크다. 따라서, 제2상의 형성에 의한 굽힘 가공성 저하를 방지하기 위해서는 Mo이 반드시 첨가되어야 하며, 그 첨가량은 0.05 ~ 0.4%가 바람직하다. Mo의 첨가량이 0.4% 이상이면 다량의 마르텐사이트가 생성되기 때문에 굽힘 가공성의 열화 및 내지연 파괴가 발생할 수 있으므로 범퍼 보강재와 같은 충돌흡수 부재에는 적용하기 어렵다.

니오븀(Nb)은 석출경화형 원소로서 강판의 항복강도를 향상시키는 역할을 한다. 범퍼 보강재와 같은 재료는 가공성과 함께 가공 후 높은 항복강도를 요구하고 있으므로 가공 전에도 항복강도가 높아야 한다. 그러나, 항복강도가 너무 높은 경우 프레스 가공성이 저하하기 때문에 Nb은 미량을 첨가하여야 한다. 따라서, Nb의 첨가량은 0.01 ~ 0.05%이 바람직하다. 니오븀의 첨가량이 0.05% 이상이 되면 항복강도가 급격히 증가되기 때문에 프레스용 냉연강판으로 적합하지 않다.

일반적으로 황(S)과 질소(N)는 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소이므로 그 첨가량은 각각 0.02%와 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 조성으로 용해된 강을 통상의 조건과 유사하게 1050 ~ 1300^oC에서 균질화 처리를 실시하고, 균질화 처리가 끝난 시편은 Ar₃온도 직상인 850 ~ 950^oC에서 통상의 조건으로 마무리 열간압연을 실시하고, 650 ~ 800^oC에서 권취하는 열간압연을 실시한다. 열연권취 온도가 너무 낮으면 열연강판에서 베이나이트나 마르텐사이트가 생성되어 열연강판의 강도가 상승하여 냉간압연을 어렵게 한다. 따라서, 열연권취 온도는 650^oC이상으로 하는 것이 바람직하다.

열간압연이 끝나면 강판의 형상과 두께를 맞추기 위해서 냉간압연을 실시한다. 자동차용 부품은 높은 두께의 균일성을 요구하므로 균일한 두께의 냉간압연강판이나 소둔강판으로 제작하여야 한다. 소둔온도가 너무 낮으면 충분한 가공성과 굽힘 가공성을 확보하기 어렵기 때문에 오스테나이트 단상역에서 소둔이 되도록 소둔온도를 A3온도 이상으로 하는 것이 바람직하다. A3온도 이상에서 고온소둔 후 500 ~ 400^oC까지 급냉하고 이 온도에서 서냉하면서 3분 이상 유지하는 것은 단상역 소둔으로 형성된 오스테나이트를 베이나이트로 변태시키고 미량의 잔류 오스테나이트 확보하기 위해 필요하다. 일반적으로 베이나이트 조직은 굽힘 가공성을 향상시키기 때문에 높은 온도에서 열처리함으로써 굽힘 가공성과 높은 인장강도를 동시에 확보할 수 있다. 또한, 미량의 잔류 오스테나이트를 확보함으로써 가공성도 높일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

강번	화학성분	비고
	C		Si	Mn	P	S	Al	N	Nb	Mo
1	0.18	0.50	2.20	0.05	0.010	0.047	0.0021	0.027	0.18	발명강
2	0.17	0.50	2.08	0.046	0.011	0.041	0.0025	0.025	0.11	발명강
3	0.16	0.50	2.13	0.011	0.011	0.041	0.0030	0.027	-	비교강
4	0.17	0.50	2.00	0.007	0.009	0.040	0.0031	0.044	-	비교강
5	0.16	-	2.2	0.011	0.011	0.040	0.0025	0.037	0.20	비교강
6	0.08	1.0	2.0	0.08	0.010	0.026	0.0024	0.024	0.20	비교강
7	0.17	0.50	2.2	0.030	0.009	0.043	0.0024	-	0.20	비교강

상기 표 1의 조성을 갖는 용해 강의 강괴를 1250^oC가열로에서 1시간 유지 후 열간압연을 실시하였으며, 이때 열간압연 마무리 온도는 900^oC, 권취온도는 680^oC로 하였다. 열간압연을 한 강판을 이용하여 산세를 실시하고 압하율을 50%로 하여 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연된 시편을 소둔온도를 830^oC로 하고 과시효 온도를 450^oC로 하여 연속소둔을 실시하였다. 연속소둔 후 만능인장시험기를 이용하여 인장시험을 실시하였다. 그리고, V-굽힘시험기를 이용하여 굽힘시 균열이 발생하지 않는 최소 반경을 구하였다.

하기 2표는 본 발명강과 비교강의 열처리조건 또는 제조조건에 따른 기계적 성질의 변화를 나타낸 것이다.

강번	제조조건	기계적 성질	비 고
		항복강도(kgf/mm2)		인장강도(kgf/mm2)	연신율(%)	최소굽힘반경(mm)	가열경화량(kgf/mm2)
1	연속소둔재	56.6	106.5	15	1	10.3	발명강
	열연강판 재질	55.3	77.5	15
2	연속소둔재	50.3	100.1	18	1	10.0	발명강
	열연강판 재질	56	67	23
3	연속소둔재	55.3	94.3	15	3	8.2	비교강
	열연강판 재질	50	67	20
4	연속소둔재	60.5	97.3.	14	3	8.3	비교강
	열연강판 재질	65	85.3	17.3
5	연속소둔재	50.3	95.3	15.2	1	10.3	비교강
	열연강판 재질	52.3	84.3	18.3
6	연속소둔재	47.3	72.3	24.4	0	6.3	비교강
	열연강판 재질	43.2	64.3	20.3
7	연속소둔재	44.9	95.2	14.3	1	10.2	비교강
	열연강판 재질	50.3	76	18

소둔온도: 830^oC, 과시효 온도: 450^oC

가열경화량은 2% 변형 후 170^oC에서 20분간 열처리 후 강도의 증가량을 측정한 것.

본 발명강인 상기 시료번호 1, 2번 강은 연속소둔 후 인장시험결과 인장강도 100kgf/mm²이상, 항복강도 50 ~ 60kgf/mm², 연신율 15% 이상으로 자동차 부품의 보강재용 재료로서 적절한 재질을 확보하였다. 그리고, 균열이 발생하지 않는 최소 반경이 1mm 이하로서 롤 가공과 같은 굽힘 가공을 받는 제품의 소지강판으로 적합하다. 또한, 가열 경화량이 높기 때문에 가공 및 페인트 건조 후 항복강도가 크게 상승하는 장점이 있다. 그리고, 열연강판의 강도가 낮아 냉간압연시 냉연설비의 부하가 적게 걸려 고장력강 생산시 발생하는 판파단, 미압연 등의 문제점을 해결할 수 있다.

한편, 상기 시료번호 3, 4번 강은 인과 몰리브덴의 첨가량이 적어 충분한 인장강도를 확보하지 못하기 때문에 높은 강도를 필요로 하는 자동차 부품의 보강재로는 적합하지 않다.

상기 시료번호 5번 강은 강중에 실리콘의 첨가량이 적어 충분한 강도와 연성을 확보할 수 없기 때문에 자동차용 부품의 보강재로는 적합하지 못하다.

상기 시료번호 6번 강은 가공성은 매우 좋지만 강도가 낮기 때문에 높은 강도를 필요로 하는 자동차 부품의 보강재로는 적합하지 못하다.

시료번호 7번 강은 항복강도를 향상시키는 석출물 형성 원소인 니오븀이 첨가되지 않아 항복강도가 너무 낮기 때문에 보강재로는 적합하지 못하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 강에 첨가된 탄소, 실리콘, 황, 질소, 알루미늄, 인, 망간, 몰리브덴, 니오븀 등 화학성분의 양과 열간압연온도, 냉간압하율, 소둔온도 등을 적절히 조절함으로써 고가공성을 지닌 초고강도 냉연강판을 제조할 수 있다.

Claims (1)

1. 중량비로 탄소 0.15 ~ 0.23%, 실리콘 0.3 ~ 0.8%, 황 0.02% 이하, 질소 0.005% 이하, 알루미늄 0.02 ~ 0.06%, 인 0.03 ~ 0.10%, 망간 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴 0.05 ~ 0.4%, 니오븀 0.01 ~ 0.05%, 잔부 철 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을 1050 ~ 1300^oC에서 균질화 처리하는 단계;

   상기 균질화 처리된 강을 850 ~ 950^oC에서 마무리 열간압연하고 650 ~ 800^oC에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계;

   상기 열연강판을 압하율 30 ~ 80%로 냉간압연하는 단계;

   상기 냉간압연된 강판을 A3온도 이상으로 연속소둔하는 단계; 및

   상기 소둔된 강판을 500 ~ 400^oC까지 급냉하고 이 온도에서 서냉하면서 3분 이상 유지하는 단계;

   를 포함하는 초고강도 냉연강판 제조방법