KR20040019476A

KR20040019476A - 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판과 그제조방법

Info

Publication number: KR20040019476A
Application number: KR1020020051017A
Authority: KR
Inventors: 강희재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-06
Also published as: KR100940732B1

Abstract

본 발명은 주로 자동차 내, 외판용으로 사용되는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판과 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 비교적 첨가량을 제어하기가 용이한 합금성분을 이용함으로써, 종래의 심가공용 고강도강보다 우수한 성형성과 함께 동등수준이상의 내2차가공취성을 나타내는 초심가공용 고강도 박강판과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 중량 %로 C:0.010%이하, Si:0.02%이하, Mn:1.5%이하, P:0.03~0.15%, S:0.020%이하, Sol.Al:0.05~0.30%, Ti:0.005~0.040%, Nb:0.002~0.020%, Cr:0.005~0.03%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 박강판과 이와 같이 조성되는 슬라브를 재가열 후, 오스테나이트 단상역에서 마무리 열간압연하여 500~630℃범위로 권취한 다음, 냉간압연한 후 800~875℃의 온도구간에서 연속소둔함을 특징으로 하는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판의 제조방법에 관한 것이다.

Description

내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판과 그 제조방법{Secondary Work Embrittlement Resistant Super Formable High Strength Steel Sheet and Method for Manufacturing thereof}

본 발명은 주로 자동차 내, 외판용으로 사용되는 초심가공용 고강도 박강판과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 초심가공용 고강도 박강판은 극저탄소강에 탄질화물 형성원소인 Ti 또는 Nb등을 첨가한 소위 극저탄소IF강(Interstitial Free Steel)에 Mn, P등의 고용강화원소를 첨가하여 제조한다. 그러나, 강중 탄소함량이 적은 극저탄소강은 프레스 가공성은 좋지만 결정립계의 결합강도가 떨어지며, 또한 P등의 첨가원소는 입계에 편석하여 결정입계를 취화시키는 역할을 하기 때문에 내2차가공취성의 저하는 피할 수 없다.

따라서, P첨가 극저탄소IF강의 이러한 문제를 해결하기 위하여 강중에 입계강화원소인 B를 소량 첨가하거나 강중에 미소량의 침입형 고용원소를 잔류시킴으로써,2차가공취성을 개선하는 기술이 주류를 이루고 있다.

입계강화원소인 B를 첨가하는 기술로는 대한민국 특허출원번호 2000-76062, 일본 공개특허공보 소61-15948, 평4-280943, 평5-263184등이 있다. 이들 기술에 따르면, 내2차가공취성이 다소 개선되는 효과는 있으나, 3-10ppm정도로 알려져 있는 B의 적정 첨가량에 비해 적게 첨가되면 효과가 거의 나타나지 않고, 또한 많이 첨가되면 성형성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 따라서, B의 첨가량을 3-10ppm정도로 정확하게 제어해야 하지만, 실제 공업적으로 B 첨가를 정확히 제어한다는 것은 매우 어려운 일이다.

한편, 강중에 미소량의 침입형 고용원소를 잔류시킴으로써, 2차가공취성을 개선하는 기술로는 일본 공개특허공보 평4-371527, 평5-214487, 평6-256899등이 있다. 그러나, 이들 기술에서는, 강중에 잔류하는 침입형 고용원소량이 너무 많으면 급격한 가공성 하락과 시효현상이 발생하게 되며, 또한 그 양이 너무 적으면, 입계강화 효과가 잘 구현되지 않는 문제가 있다. 또한 침입형 고용원소의 잔류량을 정확히 제어한다는 것도 매우 어려운 일이다.

본 발명은 상기와 같이 공업적으로 제어가 매우 어려운 B와 침입형 고용원소와는 달리 비교적 첨가량 제어가 용이한 합금성분인 Cr을 이용함으로써, 종래의 심가공용 고강도강보다 우수한 성형성과 함께 동등수준 이상의 내2차가공취성을 확보할 수 있는 초심가공용 고강도 박강판과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기목적을 달성하기 위한 본 발명의 박강판은, 중량 %로 C:0.010%이하, Si:0.02%이하, Mn:1.5%이하, P:0.03~0.15%, S:0.020%이하, Sol.Al:0.05~0.30%, Ti:0.005~0.040%, Nb:0.002~0.020%, Cr:0.005~0.03%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다. 또한, 상기 박강판의 제조방법은 상기와 같이 조성되는 슬라브를 재가열 후, 오스테나이트 단상역에서 마무리 열간압연하여 500~630℃에서 권취한 다음, 냉간압연한 후 800~875℃의 온도구간에서 연속소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

C:0.010%이하

강중 C는 침입형 고용원소로 작용하여 냉연 및 소둔시 강판의 집합조직 형성과정에서 가공성에 유리한 {111} 집합조직의 형성을 저해할 뿐만 아니라, 강중 함유량이 많을 경우, 탄질화물 형성원소인 Ti, Nb첨가량을 높이게 되어 경제적으로도 불리하므로 그 함량을 0.010%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si:0.02%이하

강중 Si은 표면 스케일결함을 유발할 뿐만 아니라, 소둔시 템퍼칼라 및 도금시 미도금을 발생시키므로 그 함량을 0.02%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn:1.5%이하

강중 Mn은 강도확보를 위해 치환형 고용강화 원소로서 첨가되지만, 그 함량이 1.5%를 초과하게 되면 연신율과 함께 r값이 급격히 저하되므로 그 함량을 1.5%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

P:0.03~0.15%

강중 P도 Mn과 함께 강도상승을 위해 첨가되는 대표적인 고용강화 원소로서, 본 발명강인 Ti-Nb계 성분계의 강종에서는 강도상승 뿐만 아니라 결정립미세화 및 입계편석등에 의해 r값에 유리한 {111}집합조직의 발달을 가져온다. 따라서, 0.03%이상 첨가하나, 그 함량이 0.15%를 초과하게 되면 연신율의 급격한 하락과 함께 강의 취성이 크게 증가하기 때문에 그 함량을 0.03~0.15%로 제한하는 것이 바람직하다.

S:0.020%이하

통상 초심가공용 강을 제조하는 경우, 강중 S의 함량은 0.005%이하로 낮게 제한되는 것이 보통이나, 본 발명강의 경우는 Mn이 첨가되는 강이기 때문에 강중 S는 전부 MnS로서 석출되어 고용 S에 의한 가공성 저하를 피할 수 있기 때문에 압연시의 에지크랙의 발생 위험이 있는 영역을 피하여 그 함량을 0.020%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Sol.Al:0.05~0.30%

강중의 Sol.Al은 강중 용존 산소량을 충분히 낮은 상태로 유지하면서 함유량을 0.02~0.07%정도로 관리하여 생산하는 것이 일반적이지만, 본 발명강에 있어서 강중 Sol.Al이 0.05%이상인 경우는 강중 P의 재결정억제 작용을 방해하는 효과를 뚜렷하게 나타내기 때문에 재결정을 촉진시킬 뿐만 아니라 {111}계열의 집합조직을 발달시키는 역할을 한다. 그러나 그 함유량이 0.30%를 초과하는 경우는 비용 상승을 초래할 뿐만 아니라 연주 조업성도 해치기 때문에 그 함량을 0.05%~0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti:0.005~0.040%, Nb:0.002~0.020%

본 발명강의 가공성 확보 측면에서 매우 중요한 원소들인 Ti 및 Nb의 경우, 가공성(특히 r값) 상승효과를 보이기 위해 Ti은 0.005%이상, Nb은 0.002%이상 첨가한다. 그런데, Ti이 0.040%초과, Nb이 0.020%초과이면, 경제적인 측면에서 불리하므로 Ti은 0.005~0.040%, Nb은 0.002~0.020%로 제한하는 것이 바람직하다.

Cr:0.005~0.03%

본 발명강에 있어서 강중 Cr은 P입계취성을 방지하는 원소, 즉 2차가공취성을 방지하는 원소로서 첨가된다. 그 함량이 0.005%이상인 경우는 소위 자리경합관계(site competetion)에 의해 P편석을 저감시키는 효과를 나타내나, 그 함량이 0.03%를 초과하게 되면 가공성 하락을 유발시킬 뿐만 아니라 합금첨가 비용도 상승하기 때문에 그 함유량을 0.005~0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 저온에서 인장강도 및 초심가공성을 보다 개선하고자 한다면, 다음의 관계식 1, 2, 3을 만족하도록 성분계를 조절하는 것이 권장된다.

하기 관계식 1은 각 성분이 인장강도에 미치는 영향도를 계수화하여 나타낸 경험식을 회귀식으로 구한 것이다. 하기식을 만족하면 인장강도 40kg/mm²이상을 안정적으로 확보할 수 있다.

[관계식 1]

29.1+89.4P(%)+3.9Mn(%)-133.8Ti(%)+157.5Nb(%)≥40

(상기 P, Mn, Ti, Nb의 단위는 중량%임)

또한, 탄질화물 형성원소인 Ti 및 Nb함량의 첨가량은 다음의 관계식 2, 3을 만족할 때, 가공성을 보다 높일 수 있다.

[관계식 2]

0.9≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C≤3.5

(상기 Ti, N, C의 단위는 중량%임)

[관계식 3]

0.4≤(1/0.35)(Nb/7.75C)≤1.8

(상기 Nb, C의 단위는 중량%임)

관계식 2는 Ti첨가량에 대해서 규정한 것이다. 강중 Ti량에서 고용 N와 원자당량적으로 결합하고 남은 양의 65%[=(1/0.65)(Ti-3.43N)]와 강중 고용탄소와의 원자당량비가 0.9미만이면 고용탄소의 고정이 불안정하여 r값이 저하하게 되며, 또한 3.5를 초과하는 경우는 잉여 Ti함량이 너무 많아 강중에 FeTiP석출물이 다량 형성되어 r값이 저하하는 요인이 된다. 따라서, 초심가공성을 얻기 위한 Ti첨가량은 상기 관계식 2로 최적화하는 것이 바람직하다. 상기 관계식 2, 3에서 고용 N과 원자당량적으로 결합하고 남은 Ti량의 65%가 고용탄소와 결합한다는 수치는, 본 발명강에 있어서 탄소 석출물은 대부분 (Ti, Nb)C로 석출하며, 이 경우 고용탄소를 고정하는데 참여하는 Ti 및 Nb함량의 비를 실험적으로 구해본 결과, 65%:35%로 확인되었기 때문에 설정된 값이다.

또한, 관계식 3은 Nb첨가량에 대해 규정하는 것으로, 강중 Nb량의 35%와 고용탄소량과의 비가 0.4미만인 경우는 불완전 스케벤징(scavenging)이 발생할 위험이 증가하며, 그 값이 1.8을 초과하는 경우는 강중 고용Nb량의 증가에 의해 가공성의 저하가 발생하므로 초심가공성을 얻기 위한 Nb첨가량은 상기와 같은 관계식으로 최적화하는 것이 바람직하다.

상기 설명한 바와 같은 합금설계 방식으로 성분이 조성된 슬라브를 재가열 후, 오스테나이트 단상역에서 마무리압연을 완료하여 500~630℃범위로 권취한 열연판을얻는다. 열연 권취온도가 500℃미만인 경우는 열연스트립의 선단부에서 형상불량이 발생할 위험이 있으며, 또한 630℃를 초과하는 경우에는 성형성의 척도인 r값이 하락하여 우수한 성형성을 확보하기 어렵기 때문이다. 상기 열연판을 원하는 두께로 냉간압연하는데, 바람직하게는 냉연판을 800~875℃의 온도에서 연속소둔하는 것이 바람직하다. 높은 r값을 얻기 위해 냉간 압하율을 70% 이상으로 한다. 소둔온도가 800℃미만인 경우는 2.0이상의 높은 r값을 얻기가 어려우며, 소둔온도가 875℃ 초과로 높은 경우도 이상역의 고온소둔으로 인하여 집합조직이 나빠진다거나, 또는 조업상 스트립의 통판성 등에 문제가 발생할 위험성이 매우 높다.

이하 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 성분조성을 갖는 슬라브와 종래의 심가공용 고강도강의 성분계를 갖는 슬라브를 소재로 열간압연을 실시하여 열연판을 제조하였으며, 이 열연판을 75%의 냉간압하율과 830℃의 온도로 40초간 유지하는 연속소둔을 실시하여 소둔판을 제조하였다. 상기 소둔판의 기계적성질을 측정하는데 있어서 내2차가공취성의 평가는 성형한 컵을 옆으로 거취시켜 놓고 추를 낙하시켜 연성-취성천이온도(DBTT, Ductile-Brittle Transition Temperature)를 측정하는 방식으로 평가하였으며, 그 결과는 표 2에 인장시험 결과와 함께 나타내었다.

구분	화학성분(중량%)	열연조건(℃)	각 관계식의 계산값	비고
구분	C	Si	Mn	비고	P	N	S	Sol.Al	Ti	Nb	Cr	B(ppm)	FDT	CT	식①(40이상)	식②(0.9~3.5)	식③(0.4~1.8)
1	0.0028	0.01	0.97	0.10	0.0027	0.007	0.045	0.021	0.007	0.009	-	916	560	40.1	1.61	0.92	발명강
2	0.0027	0.01	1.05	0.09	0.0021	0.008	0.036	0.019	0.006	0.012	-	912	621	40.1	1.68	0.82
3	0.0023	0.01	0.92	0.11	0.0020	0.008	0.037	0.023	0.009	0.021	-	907	590	40.9	2.70	1.44
4	0.0029	0.01	1.10	0.087	0.0026	0.007	0.041	0.018	0.006	-	-	911	628	39.7	1.20	0.76	비교강
5	0.0038	0.01	0.93	0.095	0.0028	0.009	0.035	0.043	0.005	-	8	905	630	37.7	3.38	0.49	종래강
6	0.0033	0.01	0.95	0.105	0.0022	0.008	0.032	0.049	0.007	-	5	900	610	37.6	4.83	0.78	종래강
FDT:마무리 압연온도 CT:권취온도-식①=29.1+89.4P(%)+3.9Mn(%)-133.8Ti(%)+157.5Nb(%)-식②=(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C-식③=(1/0.35)(Nb/7.75C)

구분	연성-취성 천이온도(℃)	인장특성	비고
구분	연성-취성 천이온도(℃)	인장강도(㎏/mm²)	비고	연신율(%)	r값
1	-45	41.8	35.0	2.27	발명강
2	-45	40.8	36.1	2.19
3	-40	41.3	35.2	2.23
4	5	42.1	36.7	2.18	비교강
5	-40	41.2	37.6	2.06	종래강
6	-45	40.9	36.9	2.08	종래강

상기 표2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법을 이용함으로써, 종래의 B첨가강(강종5,6)보다 우수한 성형성을 나타내며 동시에 내2차가공취성의 척도인 연성취성천이온도는 종래의 B첨가강(강종5,6)과 유사한 값을 갖는 초심가공용 고강도강의제조가 가능한 것이다. 본 발명의 강은 연속도금제품으로의 생산 시에도 동일하게 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 2차가공취성을 방지하는 원소로 첨가량을 제어하기가 용이한 Cr을 사용하여 종래의 심가공용 고강도강보다 우수한 성형성을 가지면서 동등수준 이상의 내2차가공취성을 갖는 초심가공용 고강도 박강판을 제공하는 효과가 있다.

Claims

중량 %로, C:0.010%이하, Si:0.02%이하, Mn:1.5%이하, P:0.03~0.15%, S:0.020%이하, Sol.Al:0.05~0.30%, Ti:0.005~0.040%, Nb:0.002~0.020%, Cr:0.005~0.03%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판.
제1항에 있어서, 상기 P, Mn, Ti, Nb는 하기 관계식1을 만족하는 것을 특징으로 하는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판.

[관계식1]

29.1+89.4P(%)+3.9Mn(%)-133.8Ti(%)+157.5Nb(%) ≥40

(상기 P, Mn, Ti, Nb의 단위는 중량%)
제1항에 있어서, 상기 Ti, N, C, Nb은 하기 관계식2와 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판.

[관계식2]

0.9 ≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤ 3.5

[관계식3]

0.4 ≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤ 1.8

(상기 Ti, N, C, Nb의 단위는 중량%)
중량 %로, C:0.010%이하, Si:0.02%이하, Mn:1.5%이하, P:0.03~0.15%, S:0.020%이하, Sol.Al:0.05~0.30%, Ti:0.005~0.040%, Nb:0.002~0.020%, Cr:0.005~0.03%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강의 슬라브를 재가열 후, 오스테나이트 단상역에서 마무리 열간압연하여 500~630℃에서 권취한 다음, 냉간압연한 후 800~875℃의 온도구간에서 연속소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 P, Mn, Ti, Nb는 하기 관계식1을 만족하는 것을 특징으로 하는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판의 제조방법.

[관계식1]

29.1+89.4P(%)+3.9Mn(%)-133.8Ti(%)+157.5Nb(%) ≥40

(상기 P, Mn, Ti, Nb의 단위는 중량%)
제4항에 있어서, 상기 Ti, N, C, Nb은 하기 관계식2와 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 내2차가공취성이 우수한 초심가공용 고강도 박강판의 제조방법.

[관계식2]

0.9 ≤(1/0.65)(Ti-3.43N)/4C ≤ 3.5

[관계식3]

0.4 ≤(1/0.35)(Nb/7.75C) ≤ 1.8

(상기 Ti, N, C, Nb의 단위는 중량%)