KR20040059238A

KR20040059238A - 가공성이 우수한 냉연강판과 그 제조방법

Info

Publication number: KR20040059238A
Application number: KR1020020085823A
Authority: KR
Inventors: 최시훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-28
Filing date: 2002-12-28
Publication date: 2004-07-05

Abstract

본 발명은 자동차 외판재로 사용되는 냉연강판에 관한 것이다. 이 냉연강판은 중량%로 C:0.1%이하, Mn:0.1~1%, P:0.1%이하 S:0.02%이하 Ti:0.01~0.1%, 산가용성Al: 0.08%이하, N:0.009%이하, 나머지는 Fe와 불순물을 포함한다. 이 냉연강판의 제조방법 역시 제공된다.

Description

가공성이 우수한 냉연강판과 그 제조방법{Cold rolled steel sheet having superior formability and Method for manufacturing thereof}

본 발명은 자동차 외판재로 사용되는 냉연강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복잡한 형상의 성형에 적합한 가공성이 우수한 냉연강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 외판의 재료로 가공결함 없이 프레스 성형을 실시하고 성형 후 원하는 모양의 부품을 원활하게 제작하기 위해서는 가공성이 우수한 냉연강판이 요구된다. 연신율이 높고 소성변형비가 낮은 냉연강판으로 자동차 외판을 성형하면 원하는 모양의 부품을 제작하는데 유리하다. 연신율은 인장시 균열 발생 없이 연신되는 강판의성질을 나타내는 값이므로 연신율이 크면 허용되는 강판의 변형이 크다고 할 수 있다. 그러나, 자동차의 외판의 경우 변형률이 낮아 연신율은 큰 문제가 되지 않는다.

소성변형비 r값은 두께방향의 변형률에 대한 폭방향의 변형률의 비로 정의되는 값이다. 인장 방향에 따른 소성변형비의 변화 정도를 나타내는 것이 평균 소성변형비(r_m)와 소성변형비 이방성계수(Δr)이다. 일반적으로 소성변형비를 측정하는 방법으로 각 판재의 r₀, r₄₅, r₉₀를 측정하여 다음식에 대입하여 r_m과 Δr을 결정한다.

r_m=(r₀+2r₄₅+r₉₀)/4, Δr=(r₀-2r₄₅+r₉₀)/2

여기서, r₀, r₄₅, r₉₀은 인장방향이 판재의 압연방향에 대하여 각각 방향의 0°, 45°, 90° 소성변형비의 값을 의미한다. Δr값이 작기 위해서는 각 방향으로 인장하였을 때 소성변형비의 차이가 작아야 한다. Δr값이 작다는 것은 프레스 성형 시 변형률의 분포가 균일하다는 것을 의미하므로 스트레칭 모드의 변형에서 큰 변형까지 성형하는데 유리하다.

소성변형비가 큰 강판은 폭방향의 변형량이 일정하다고 가정하고 일정 변형량만큼 판재를 임의 방향으로 인장하였을 때 두께방향의 변형률이 적으므로 큰 변형까지 재료의 네킹이 발생하지 않고 가공이 가능하다는 것을 의미한다. 자동차내판의 경우 소성변형비가 큰 경우 가공성이 향상되지만 자동차의 외판의 경우는 스트레칭 변형이 지배적이므로 그 개념이 적용되지 않는다. 자동차 외판의 경우에는 등이축의 응력상태에 가까운 응력을 받아 변형하므로 등이축 항복강도가 판재의 소성변형을 유도하기 위한 값이 된다. 평균 소성변형비와 항복곡면과의 관계는 Hill의 항복함수를 이용하여 관계식 1로서 계산한다.

[관계식 1]

여기서 f는 항복함수이고, F, G, H, L, M, N은 재료의 이방성계수이고, x, y, z는 주이방성축이다.

평균소성변형비와 항복곡면과의 관계에 관한 계산 결과를 도 1에 나타내었다. 평균 소성변형비가 낮으면 낮을수록 등이축 항복강도값이 낮아진다. 항복강도가 낮다는 것은 소성변형이 용이하여 변형량이 상대적으로 낮은 자동차 외판의 프레스 공정시 형상동결성에 유리하게 된다.

종래의 자동차용 강판의 가공성을 향상시키기하여 연속소둔방법과 상소둔방법을 이용하여 왔다. 연속소둔 방법으로는 극저탄소 냉연강판에 Ti나 Nb를 첨가하여 고용 C 및 N을 탄화물이나 질화물로 석출시켜(일본 특개평9-296226, 평10-046289, 평2000-144262, 소58-1444430) 가공성을 향상시켰다. 한편, 단독 Ti첨가강은 Δr값이 비교적 높아 스트레칭성이 열악하다는 문제점이 있다. 극저탄소 냉연강판을 연속소둔방법에 의해 제조하면 소성변형비가 높아 드로잉변형을 겪는 자동차내판의 가공에 유리하다. 도면 1에서 평균소성변형비가 높은 경우 등이축항복강도가 높아 자동차외판의 가공시 항복강도가 높아 형상동결성에 불리하게 된다.

상소둔 방법으로는 기존 중저탄소강에 Ti 혹은 Nb와 N양을 조절하고 제조조건을 제어하여 디프드로잉시 회전대칭성을 갖는 냉연강판의 제조방법이 제안되었다(DE3843732,DE3803064,US005139580). 이상의 기술은 디프드로잉 변형시 대칭적으로 소성변형되어 귀발생이 적고 균일변형이 가능하여 판재의 가공성이 향상시키는데 그 목적이 있다. 상기와 기술은 단순히 디프드로잉 변형시 가공성에 유리한 회전대칭성을 보이는 냉연강판의 개발과 관련한 것이고, 소성변형비의 변화에 따른 항복응력의 변화에 대한 구체적인 언급이 없다.

따라서, 본 발명에서는 소성변형비와 소성변형비 이방성계수가 우수하여 스트레칭 모드의 변형에서 가공성이 우수한 냉연강판과 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 상소둔재에 대한 평균소성변형비와 항복곡면과의 관계를 나타내는 그래프

도 2는 연속소둔재에서 방위분포함수의 ψ₂=45°단면

도 3은 소성변형비 이방성에 미치는 집합적의 영향을 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉연강판은, 중량%로 C:0.1%이하, Mn:0.1~1%, P:0.1%이하 S:0.02%이하 Ti:0.01~0.1%, 산가용성Al: 0.08%이하, N:0.009%이하, 나머지는 Fe와 불순물을 포함한다.

또한, 본 발명의 냉연강판 제조방법은,

중량%로 C:0.1%이하, Mn:0.1~1%, P:0.1%이하 S:0.02%이하 Ti:0.01~0.1%, 산가용성Al: 0.08%이하, N:0.009%이하, 나머지는 Fe와 불순물의 원소로 이루어지는 슬라브를 1050℃이상의 온도에서 재가열하여 열간압연하고 500±100℃의 온도에서 권취한 다음, 50~80%로 냉간압연하고 소둔한 후 0.5~2%의 조질압연하는 것을 포함한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 냉연강판은 상소둔 또는 연속소둔 둘다 적용될 수 있다. 상소둔재는 소성변형비(r_m값)가 1.2이하이고, 소성변형비 이방성계수(Δr값)가 0.05이하로 인장강도 30kgf/mm²이상의 특성을 가지며 등이축항복강도가 낮다. 또한, 연속소둔재는 평균소성변형비가 1에 가깝고 소성변형비 이방성계수가 0.3이하이고, 인장강도 35kgf/mm²이상인 상태에서 연신율이 33%이상의 특성을 가지며 형상동결성이 우수하다. 이러한 본 발명의 냉연강판에 대한 성분한정이유는 다음과 같다.

C는 0.1%이하가 바람직하다.

본 발명에서 강중 C는 침입형 고용원소로서, 냉연 및 소둔과정에서 강판의 집합조직형성에 매우 큰 영향을 미친다. 강중에 C의 양이 많은 경우 Fe와 결합하여 시멘타이트를 형성하므로 C이 강중에 안정적으로 존재가 가능하다. 그러나, 연속소둔과같이 급속 가열 및 냉각의 공정조건에서는 시멘타이트가 열역학적으로 안정되기가 어렵다. 이런 점을 극복하기 위해서는 균열가열후 일정 냉각속도이상으로 급속가열하여 석출물의 구동력을 증가시킴으로서 석출물을 짧은 시간내에 석출시키는 기술이 요구된다. 한편, 시멘타이트를 안정화시키기 위해서는 과시효대의 온도 및 시간도 중요하다. 강중에 포함된 C은 T과 결합하여 TiC를 석출시킴으로서 r_m값의 증가 및 Δr값의 감소에 유리한 {111}집합조직의 성분을 약화시킨다. 한편, 상소둔재에서는 강중 C는 Ti와 결합하여 TiC의 석출물을 형성하므로, 소둔과정에서 강판의 집합조직형성에 매우 큰 영향을 미친다. 강중에 포함된 미세 TiC석출물은 재결정의 속도를 저하시키는 작용을 하므로 r_m값의 감소에 유리한 {111}집합조직의 성분을 약화시키는데 효과적이다.

상소둔재이던 연속소둔재이던 모두 C의 함량은 0.1%이하가 바람직하다.

Mn은 0.1~1%가 바람직하다.

강중 Mn은 고용강화 효과에 유효한 원소이며, 특히 강중 S를 MnS로 석출시켜 열간압연시 S에 의한 판파단 발생 및 고온취화를 억제시킨다. 그러나, 본 발명과 관련된 실험에 의하면, Mn함량이 0.1%미만의 경우에는 강도 상승효과를 얻을 수 없고, 강중 S를 Mn으로 완전히 석출시키지 못하기 때문에 성형성 확보에 문제가 있다.

P은 0.1%이하가 바람직하다.

강중 P는 함량이 많을수록 강도상승에는 매우 유리하지만 과잉의 P첨가는 취성파괴 발생가능성을 높혀 열간압연 도중 슬라브의 판파단의 발생가능성이 증가되고, 소둔완료 후 결정입계로의 확산 및 편석이 용이해짐에 따라 성형시 2차가공 취성 발생에 대한 문제점이 증대되기 때문에 그 함량을 0.1%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S는 0.02%이하, N은 0.009%이하가 바람직하다.

S와 N은 강중 불순물로써 불가피하게 첨가되는 원소들이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 중요하다. 그러나, 그 함량들이 적게 관리할수록 강의 정련 비용이 높아진다. 따라서, 조업조건이 가능한 범위의 S함량 0.02중량%이하, N함량 0.009중량%이하로 유지되도록 하는 것이 유리하다.

Ti는 0.01~0.1%가 바람직하다.

Ti는 강중에 N과 결합하여 TiN질화물을 만들어 AlN형성을 억제 시키는 효과가 있다. 이를 위해 0.01%이상 함유하는 것이 바람직하다. Ti의 양은 적어도 N의 3.5배 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, TiC석출물은 재결정시 집합조직발달에 영향을 주므로 C의 양에 따라 그 임계양이 결정된다. 열연중에 생성되는 AlN는 열연조직을 연신시켜 판재의 형상이방성을 증가시키는 문제점이 있으므로 0.1%이하가 바람직하다.

산가용성 Al은 0.08%이하가 바람직하다.

산가용 Al은 기존에 강의 입도 미세화와 탈산을 위해서 첨가되는 원소인데, 0.08중량%이하로 관리함이 바람직하다.

다음으로 냉연강판의 제조방법을 설명한다.

이와 같은 성분을 가진 강을 재가열하여 열간압연하고 권취한 다음, 냉간압연과 소둔 및 조질압연한다. 소둔은 상소둔과 연속소둔을 행할 수 있다. 소둔에 따른 처리조건을 구분하여 설명한다.

[상소둔재]

슬라브를 1050℃이상의 온도에서 재가열하여 혼립조직의 발생을 억제하기 위해 Ar₃이상의 마무리압연조건으로 열간압연한다. 다음으로 미세한 TiC를 분포시키기 위해 500±100℃의 온도에서 권취한다. 다음, 50~80%로 냉간압연하고 이상역에 들어가지 않는 A₁이하에서 상소둔한 후 0.5~2%의 압하율로 조질압연한다.

[연속소둔재]

슬라브를 1050℃이상의 온도에서 재가열하여 혼립조직의 발생을 억제하기 위해 Ar₃이상의 마무리압연조건으로 열간압연한다. 그 다음 미세한 TiC를 분포시키기 위해 500±100℃의 온도에서 권취한다. 다음, 50~80%로 냉간압연한 후, 750~870℃의 온도에서 균열처리하고 시멘타이트의 석출구동력을 증가시키기 위해 40~100℃/s의 속도로 냉각하고, 비교적 저온에서 시멘타이트를 열역학적으로 안정화시키기 위한 목적으로 350~500℃의 온도에서 과시효처리하는 연속소둔하고, 0.5~2%의 압하율로 조질압연한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

표 1 성분의 각 강을 용해하고 열간압연을 실시하였다. 열간압연시 재가열온도는 1200℃, 마무리 온도는 800℃, 권취온도는 500℃로 작업하였다. 열간압연판의 표면 산화층을 산세로 제거한 후 65% 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연한 강판을 소둔로에서 열처리하였다. 소둔온도는 650℃이고, 유지시간은 6시간 이었다. 열처리 후 1%의 압하율로 조질압연을 실시하였다.

	C	Mn	P	S	Sol-Al	Ti	N
발명예1	0.034	0.19	0.01	0.01	0.034	0.02	0.003
발명예2	0.035	0.2	0.01	0.01	0.039	0.03	0.003
발명예3	0.035	0.2	0.01	0.01	0.032	0.04	0.003
비교예1	0.049	0.19	0.01	0.01	0.042	0.01	0.003
비교예2	0.049	0.19	0.01	0.01	0.040	0.02	0.003
비교예3	0.050	0.19	0.01	0.01	0.037	0.03	0.003
비교예4	0.051	0.17	0.01	0.01	0.041	0.04	0.003

표 2는 표 1의 성분으로 제조한 냉연강판의 기계적성질을 측정한 결과이다.

	인장강도(kgf/mm²)	총연신율(%)	r_m	Δr
발명예1	34.7	37.3	1.07	0.03
발명예2	34.9	37.0	1.09	0.03
발명예3	36.6	36.3	1.08	0.01
비교예1	32.1	40.8	1.07	0.16
비교예2	32.2	39.8	1.11	0.22
비교예3	32.2	39.8	1.11	0.22
비교예4	34.3	34.7	1.47	0.09

표 2에 나타난 바와 같이, 발명예의 Δr값이 0.05보다 낮고, r_m값이 1.2보다 낮음을 알 수 있다. 즉, 비교재에 비하여 Δr값이 작고 r_m값이 낮아 자동차 외판의 프레스 성형시 균일한 변형분포를 얻음과 동시에 항복강도가 낮아 형상동결성이 우수하여 안정적으로 부품성형을 할 수 있다.

[실시예 2]

표 3 성분의 각 강을 용해하고 열간압연을 실시하였다. 열간압연시 재가열온도는 1200℃, 마무리 온도는 900℃, 권취온도는 500℃로 작업하였다. 열간압연판의 표면 산화층을 산세로 제거한 후 65% 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연한 강판을 연속 소둔로에서 열처리하였다. 열처리시 균열대의 온도는 800℃이고, 균열대의 유지시간은 35초로 하였다. 과시효대 온도는 300~350℃이었다. 열처리 후 0.7%의 압하율로 조질압연을 실시하였다.

	C	Mn	P	S	Sol-Al	Ti	N
발명예4	0.034	0.19	0.01	0.01	0.043	0.01	0.003
발명예5	0.034	0.19	0.01	0.01	0.034	0.02	0.003
발명예6	0.035	0.2	0.01	0.01	0.039	0.03	0.003
발명예7	0.035	0.2	0.01	0.01	0.032	0.04	0.003
발명예8	0.049	0.19	0.01	0.01	0.042	0.01	0.003
발명예9	0.049	0.19	0.01	0.01	0.040	0.02	0.003
비교예5	0.0032	0.36	0.03	0.011	0.015	0.05	0.0019
비교예6	0.0032	0.35	0.03	0.011	0.022	0.058	0.0012
비교예7	0.0034	0.34	0.03	0.011	0.022	0.047	0.0018
비교예8	0.0030	0.35	0.03	0.011	0.035	0.053	0.0019
비교예9	0.0032	0.35	0.03	0.011	0.022	0.058	0.0024

표 3의 조성을 갖는 냉연판의 기계적성질을 측정하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.

	인장강도(kgf/mm²)	총연신율(%)	r_m	│Δr│
발명예1	35.74	39.2	1.04	0.24
발명예2	37.38	33.2	0.93	0.11
발명예3	37.29	33.4	1.038	0.19
발명예 4	38.65	30.9	1.03	0.13
발명예 5	36.44	35.4	0.97	0.27
발명예 6	39.96	33.3	0.97	0.18
비교예1	31.19	45.1	1.73	0.56
비교예2	32.26	44.9	1.74	0.34
비교예3	31.92	44.6	1.75	0.41
비교예4	31.43	45.5	1.72	0.57
비교예5	30.81	46.0	1.61	0.70

표 4에 나타난 바와 같이, 발명강의 Δr값이 0.3보다 낮고, r_m값이 1에 가깝다. 도 2(b)는 발명예2의 방위분포함수의 ψ₂=45°단면을 나타낸 결과로서, 발명강의 경우

도 2(a)의 비교예1의 경우에 비해 α-fibre와 γ-fibre집합조직이 함께 발달하고 있음을 알 수 있었다.

도 3(a)에 강의 대표적인 집합조직을 ψ₂=45°단면상에 나타내었다. 도 3(b)는 소성변형비 이방성에 미치는 집합조직의 영향을 이론적으로 계산한 결과를 나타내었다. 도 3(b)로부터 α-fibre와 γ-fibre집합조직은 소성변형비에 서로 다른 영향을 미침을 알 수 있었다. 도 3(a)과 도 3(b)를 비교하면 발명예2가 소성변형비가 1에 가까운 값을 가지며 소성변형비 이방성계수가 적은 강임을 판단할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 가공성이 우수한 냉연강판이 제공되며, 이 냉연강판은 자동차 부품으로 성형시 스트레칭 모드 및 디프드로잉 모드의 변형에서 우수한 가공성을 가지므로 자공차 부품을 용이하게 적용될 수 있다.

Claims

중량%로 C:0.1%이하, Mn:0.1~1%, P:0.1%이하 S:0.02%이하 Ti:0.01~0.1%, 산가용성Al: 0.08%이하, N:0.009%이하, 나머지는 Fe와 불순물의 이루어지는 원소로 이루어지는 가공성이 우수한 냉연강판.
중량%로 C:0.1%이하, Mn:0.1~1%, P:0.1%이하 S:0.02%이하 Ti:0.01~0.1%, 산가용성Al: 0.08%이하, N:0.009%이하, 나머지는 Fe와 불순물의 원소로 이루어지는 슬라브를 1050℃이상의 온도에서 재가열하여 Ar₃이상의 마무리압연온도조건으로 열간압연하고 500±100℃의 온도에서 권취한 다음, 50~80%로 냉간압연하고 소둔한 후 0.5~2%의 조질압연하는 것을 포함하여 이루어지는 가공성이 우수한 냉연강판의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 소둔은 A₁이하의 온도에서 상소둔하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 냉연강판의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 소둔은 750~870℃의 온도에서 균열처리하고 40~100℃/s의 속도로 냉각하고, 350~500℃의 온도에서 과시효처리하는 연속소둔임을 특징으로 하는 가공성이 우수한 냉연강판의 제조방법.