KR20090068993A - 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및그의 제조방법 - Google Patents

도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 용융아연도금강판은 중량 %로 탄소(C) 0.08~0.20 %, 실리콘(Si) 0.3~1.0 %, 망간(Mn) 0.5~2.5 %, 알루미늄(Al) 0.5~1.5 %, 인(P) 0.07 % 이하, 황(S) 0.005 % 이하, 구리(Cu) 0.5 % 이하, 질소(N) 0.02 % 이하 나머지 철(Fe)의 합금조성을 가지는 강에 안티몬(Sb)과 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 중 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유된다. 본 발명에 의하면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 질소(N)에 의해 잔류오스테나이트의 양 및 인장강도를 확보할 수 있고, 안티몬(Sb)에 의해 도금젖음성(Wetability)을 향상시키며, 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐(V) 등의 미량 첨가에 의해 강도와 연성의 균형을 맞출 수 있다. 따라서 저렴한 비용으로도 우수한 도금성 및 가공성, 강도가 확보되는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조할 수 있으므로 제조원가가 절감되는 이점이 있다,
용융아연도금강판, 고강도, 안티몬, 알루미늄

Description

도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그의 제조방법{High-strength hot- dip galvanized steel sheet having excellent formability and galvanizing property, and method for producing the same}
본 발명은 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금성과 가공성을 향상시키면서도 용용아연도금성이 우수한 590~780 MPa 이상의 인장강도와 높은 연신율을 만족시킬 수 있도록 한 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
철강 수요의 상당부분을 차지하는 자동차 산업은 전 세계적인 공급과잉에 의해 경쟁이 심화되면서 자동차 품질에 대한 고급화, 다양화 요구가 높아지고 있다. 따라서 안전 및 환경 규제의 강화에 따른 법규를 만족시키기 위해 자체 강성을 증대시켜 충돌시 승객의 안전을 도모하고, 연비효율 개선을 통한 배기가스 감축 방안을 확보하는 등의 다양한 연구들이 진행되고 있다.
특히, 최근 자동차업계에서는 자동차의 디자인이 복잡해지고 소비자들의 욕구가 다양화됨에 따라 고강도이면서 도금성 및 가공성, 성형성이 우수한 강을 요구 하고 있다.
그 예로, 자동차의 구조부재인 도어 임팩트 바, 범퍼 보강재, 충격흡수 부품 등에 사용되는 대표적인 고강도 강종인 2상조직강(DP, Dual Phase)과 잔류 오스테나이트를 이용한 변형유기소성(TRIP, TRansformation Induced Plasticity)강이 있다. 이 두 강종은 강도가 우수하고 연성이 동급 강종보다 우수한 장점을 가진다.
이 중 2상조직강(DP, Dual Phase)은 가열로에서 나온 슬라브를 오스테나이트 구간에서 압연하고 냉각과정에서 냉각 종료온도를 마르텐사이트 변태 개시 온도보다 낮게 하여 오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시키는 것을 특징으로 하는 강이다. 상기 2상조직강(DP, Dual Phase)은 마르텐사이트의 비율이 증가할수록 강도가 증가하고 페라이트의 비율이 증가할수록 연성이 증가하게 된다. 하지만 상기 2상조직강(DP, Dual Phase)의 경우 80kg/mm2 이상의 강도를 얻기 위해서는 마르텐사이트 비율을 증가시켜야 하므로 연성이 저하되는 문제점이 발생된다.
반면, 변형유기소성(TRIP)강은 압연과정에서 오스테나이트를 형성한 후 냉각과정에서 냉각 속도와 냉각 종료 온도 등을 제어하여 상온에서 오스테나이트를 일부 잔류시키고, 상기 잔류오스테나이트가 소성변형 중에 마르텐사이트로 변태하도록 하여 응력집중을 완화시킴으로서 연성을 증가시킨 강이다. 상기 변형유기소성(TRIP)강은 강도와 연성이 동시에 우수한 특성을 갖는 고강도 강으로 이용된다.
또한, 자동차의 사용환경이 점차 제설염 사용, 공해, 산성비등의 요인으로 인해 가혹해지고, 수명이 장기화됨에 따라 자동차용 강판에서 방청의 중요성이 부각되고 있다.
따라서, 일반 냉연강판보다 표면처리(아연도금)강판의 수요가 많이 증가되고 있으며, 현재 아연도금강판 중에서도 전기아연도금강판(EG; Electro Galvanized)이나 이층도금강판이 많이 사용되고 있다. 그러나 최근 들어 자동차 제조원가의 경쟁력 강화를 위해 합금화용융아연도금강판(단층,GA ; Galva Annealed)의 사용량이 증가 추세이다. 상기 합금화용융아연도금강판(단층,GA ; Galva Annealed)은 도장성, 용접성 및 도장 후 내식성이 우수하다.
하지만 변형유기소성(TRIP)강의 경우 강도 및 성형성을 개선시키기 위하여 여러 합금원소들을 소재 내에 첨가하게 되는데 이러한 첨가원소들이 소재의 표면층에 농화되어 모재인 철(Fe)과 도금원소인 아연(Zn)의 반응에 많은 영향을 미치게 된다.
특히 기존 개발된 TRIP강들은 고 망간(Mn), 실리콘(Si) 함유로 인하여 소재 표면에 Si계 산화물(Mn2SiO4 등)이 형성되어 미도금층이 발생되므로 현재 상용화된 TRIP강은 EG(Electro Galvanized) 도금하여 대체하고 있는 실정이다.
또한, 도금 후 Si계 산화물들로 인하여 도금층이 형성되지 않고 모재 표면이 그대로 노출되는 bare spot이라 부르는 미도금층이 발생된다. 그래서 현재 상용화된 TRIP강은 EG(Electro Galvanized) 도금하여 대체하고 있는 실정이다.
EG(Electro Galvanized)도금은 품질 및 특성면에서는 우수하나 제조비가 타 도금재 대비 5 ~ 10배가량 상승되는 단점이 있다. 따라서 이상조직강(DP) 대비 연신율이 우수한 변형유기소성(TRIP)강의 용융아연도금(GA)강판 개발 및 미도금 층(bare spot) 생성방지대책 마련이 시급한 시점이다.
특히, 변형유기소성(TRIP)강의 개발은 열역학적으로나 금속학적으로 많은 인자를 내포하고 있어 개발에 따른 연구기간과 투자가 많이 소요된다. 따라서 자동차의 요구특성을 만족하기 위해서는 조속한 연구가 이루어져야 한다.
미국특허 2007-0020478-A1에서는 실리콘(Si): 0.05~0.20 wt%이고, 코발트(Co): 0.1~0.8 wt%를 첨가하여 TRIP강의 GA 도금이 가능한 방법을 제시하였으나, 높은 코발트(Co) 가격으로 인하여 제조비가 상승하는 단점이 있다.
한국특허 10-2007-0055354에서는 실리콘(Si): 0.5wt% 미만이고, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.8 wt%, 티타늄(Ti): 0.02~0.40 wt%로 구성됨으로써, 상대적으로 고가인 원소를 사용하기 때문에 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.
한국특허 10-2005-0092113에서는 실리콘(Si): 0.05~2.0 wt%, 니켈(Ni):0.01~2.0 wt%, 크롬(Cr): 0.01~0.5 wt%로 구성되어 실리콘(Si)을 줄이는 대신에 고가의 니켈(Ni), 크롬(Cr)을 상대적으로 많은 함량을 사용함으로써, 제조비의 부담요인이 되는 단점이 있다.
일본특허 특개평 1-230715 및 특개평 2-217425에서는 탄소(C): 0.07 ~ 0.4wt%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 2.0wt%, 망간(Mn): 0.2 ~ 2.5wt% 정도의 기본합금만으로 열처리하고 용융아연도금강판을 제조하는 방법을 제시하였으나 제시된 조업조건이 공업적으로 광범위하므로 사용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 도금성과 가공성을 향상시키면서도 용용아연도금성이 우수한 590~780 MPa 이상의 인장강도와 높은 연신율을 만족시킬 수 있도록 한 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고가의 성분 함량을 줄이고 합금원소들을 미량 조절하여 제조원가의 절감 및 강도와 연성을 균형있게 조절할 수 있도록 한 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 중량 %로 탄소(C) 0.08~0.20 %, 실리콘(Si) 0.3~1.0 %, 망간(Mn) 0.5~2.5 %, 알루미늄(Al) 0.5~1.5 %, 인(P) 0.07 % 이하, 황(S) 0.005 % 이하, 구리(Cu) 0.5 % 이하, 질소(N) 0.02 % 이하 나머지 철(Fe)의 합금조성을 가지는 강에 안티몬(Sb)과 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 중 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유된다.
상기 안티몬(Sb)은 0.01~0.4 %의 범위로 함유된다.
상기 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti)의 함량은 (Nb + V + Ti) ≤0.2%의 식을 만족하는 범위이다.
중량 %로 탄소(C) 0.08~0.20 %, 실리콘(Si) 0.3~1.0 %, 망간(Mn) 0.5~2.5 %, 알루미늄(Al) 0.5~1.5 %, 인(P) 0.07 % 이하, 황(S) 0.005 % 이하, 구리(Cu) 0.5 % 이하, 질소(N) 0.02 % 이하 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖는 강에 안티몬(Sb) 및 (Nb + V + Ti) ≤0.2%의 식을 만족하는 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 중 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유하여서, 1100 ~ 1300 ℃에서 균질화 처리하고, Ar3 ~ Ar3+100℃에서 열간압연을 마무리하여 500 ~ 700℃ 사이에서 권취하고, 냉간압하율 30~80% 사이에서 냉간압연하여 소둔한 후 용융아연도금 처리한다.
상기 용융아연도금 처리는 연속 소둔된 강판을 급랭하여 350 ~ 450℃의 구간에서 일정시간 유지한 후 450~550℃에서 도금 및 열처리공정을 수행한 후 냉각한다.
본 발명에 의하면 도금특성을 저해하는 실리콘(Si)의 함량을 줄이고, 대신 알루미늄(Al), 구리(Cu), 질소(N) 등을 첨가하여 원하는 잔류오스테나이트의 양 및 인장강도를 확보한다.
또한, 본 발명에서는 안티몬(Sb)을 첨가하여 표면산화물 형성을 억제, 미도금층 형성을 방지함으로써 우수한 용융아연도금성을 확보하고자 하였다. 그리고 (Nb + V + Ti) ≤0.2%의 조건을 만족하는 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐(V) 등의 초경합금원소를 미량 첨가하여 강도와 연성의 균형을 맞추었다. 따라서 비교적 저렴한 비용으로도 우수한 도금성과 가공성 및 590~780 MPa 이상의 인장강도와 높은 연신율을 만족시킬 수 있는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조할 수 있으므로 제조원가가 절감되는 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 용융아연도금강판은 중량 %로 탄소(C) 0.08~0.20 %, 실리콘(Si) 0.3~1.0 %, 망간(Mn) 0.5~2.5 %, 알루미늄(Al) 0.5~1.5 %, 인(P) 0.07 % 이하, 황(S) 0.005 % 이하, 구리(Cu) 0.5 % 이하, 질소(N) 0.02 % 이하, 안티몬(Sb) 0.01~0.4 % 및 나머지 철(Fe)의 조성으로 구성된 강에, (Nb + V + Ti) ≤ 0.2% 중에서 선택된 성분이 적어도 1종 또는 2종 이상이 첨가되어 제조된다.
더 상세히 설명하면 소재표면에 산화물을 형성하는 실리콘(Si)의 함량을 낮추고 대신에 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니오븀(Nb), 인(P), 질소(N)를 첨가하여서 잔류오스테나이트의 양 및 인장강도를 확보하고, 안티몬(Sb)을 첨가하여 용융아연도금성이 확보되는 용융아연도금강판을 제조하는 것이다.
그리고 상기 합금조성으로 구성된 강에 (Nb + V + Ti) ≤ 0.2%에서 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상을 첨가하여 석출 및 결정립 미세화를 통해 강도와 연성의 균형이 조절되도록 한 것이다.
이하 본 발명의 합금원소들의 기능과 함유량에 대하여 상세히 설명한다.
탄소(C): 0.08~0.20 wt %
탄소(C)는 강판에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소이다. 상기 탄소(C)는 780℃ 이상영역에서 소둔 후 냉각시 오스테나이트 상에 농화되고 베이나이트 변태 온도 범위에서 오스테나이트를 안정화시킨다. 그리고 상기 탄소(C)는 페라이트 내부에서 오스테나이트로 확산이동, 농축되어 상온으로 냉각후에도 3~20 %의 잔류오스테나이트를 확보하므로 강판의 가공시 변태유기소성을 발생시켜 성형성을 개선한다.
탄소(C)는 함량이 0.08 wt% 보다 작은 경우 충분한 잔류 오스테나이트가 확보되지 않아 강의 연신율 특성이 저하되고, 그 함량이 0.20 wt% 를 초과하는 경우에는 고용강화 효과로 강의 인장강도가 증가하고 잔류오스테나이트가 다량 형성되어 내지연파괴와 같은 현상이 나타날 뿐만 아니라 용접성도 저하된다. 따라서 탄소(C) 함량은 0.08~0.20 wt%의 범위 내로 조절하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si) : 0.3~1.0 wt%
실리콘(Si)은 고용강화 효과에 의해 강판의 강도를 향상시키고 페라이트 내의 탄소 활동도를 증가시킴으로써 오스테나이트 내의 탄소량을 증가시켜 오스테나이트의 안정도를 증가시키는 역할을 하는 중요한 원소이다. 실리콘(Si)은 함량이 0.3 wt% 미만인 경우 그 효과를 얻을 수 없고 1.0 wt% 이상인 경우 강 표면에 산화물을 형성하여 용융도금특성을 저해하므로 미도금 및 도금 박리 등으로 용융도금특성을 저해하는 원인이 된다. 따라서 실리콘(Si) 함량은 0.3~0.5 wt% 범위로 규제하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 0.5~2.5 wt%
망간(Mn)은 펄라이트상 (페라이트 + 세멘타이트) 생성을 억제하고 오스테나 이트 형성 및 내부에 탄소(C)의 농화를 촉진하여 잔류 오스테나이트 형성에 기여하는 기능을 갖는다. 그러나 망간(Mn) 함량이 0.5 wt% 미만 시에는 펄라이트의 생성을 방지하기 위해 매우 빠른 속도로 냉각해야하므로 산업적으로 이용하기 어렵고, 2.5 wt% 초과시에는 망간(Mn) 밴드 조직이 형성되고 편석이 급격하게 증가하여 강의 가공성 및 용접성을 저해하게 된다. 따라서 망간(Mn)의 함량은 0.5~2.5 wt %의 범위 내로 설계하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.5~1.5 wt%
알루미늄(Al)은 주로 탈산제로 사용되나 본 발명에서는 도금특성을 저해하는 원소인 실리콘(Si)의 대체원소로서 사용된다. 알루미늄(Al)은 펄라이트 형성을 억제하고 잔류 오스테나이트 생성을 촉진하기 위해, 페라이트 형성과 오스테나이트 상 중의 탄소(C)농화(농도를 증가시킴)를 촉진하는데 사용된다. 알루미늄(Al)은 함유량이 0.5 wt% 미만이면 잔류 오스테나이트 형성을 촉진하는 충분한 효과를 얻을 수 없고, 1.5 wt% 초과시에는 연주공정에서 슬라브제조시 표면결함을 증가시킨다. 따라서 상기 알루미늄(Al)의 함량은 0.5~1.5 wt%의 범위로 설계하는 것이 바람직하다.
인(P): 0.07 wt% 이하
인(P)은 고용강화를 위해 첨가되는 원소로 실리콘(Si)과 마찬가지로 탄화물의 생성을 억제하고 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 인(P)은 함량이 0.07 wt%를 초과하면 용접성이 악화되고 중심편석에 의해 재질편차가 발생하는 문제가 발생되므로 0.07 wt% 이하의 범위로 규제하는 것이 바람직하다.
황(S): 0.005 wt% 이하
황(S)은 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소이며 유화물계(MnS 등) 개재물을 형성하고, 크랙 등의 발생을 야기하므로, 0.02 wt % 이하의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
구리(Cu): 0.5 wt% 이하
구리(Cu)는 알루미늄(Al)과 더불어 실리콘(Si)의 대체 원소로서 베이나이트 변태구간에서 탄소(C)의 석출을 억제하고 잔류 오스테나이트를 생성하는 역할과 더불어 내부식성을 향상시킨다. 또한 페라이트 결정립을 미세화하는 효과가 있어 강도를 증가시키는 기능을 갖지만, 0.5wt% 초과시 강의 연신율이 감소하므로 0.5 wt %이하의 범위로 규제하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0.02 wt% 이하
질소(N)는 미량 첨가시 오스테나이트 형성을 증가시키고, 질화알루미늄(AlN) 또는 질화티타늄(TiN)을 형성하여 강도를 증가시키므로 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al)의 대체재로 사용할 수 있다. 그러나 0.02 wt% 초과시 연신율을 저감시켜 가공성을 저해하므로 0.02 wt% 이하의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
안티몬(Sb) : 0.01~0.4 wt%
안티몬(Sb)은 철(Fe)보다 귀하여 열간압연 동안 산화되지 않고 표면 및 결정립계에 농화되어 용융아연도금특성을 저해하는 Si계 산화층(Mn2SiO4)의 형성을 억제하는 효과가 있다. 즉, 안티몬(Sb)은 산화물에 영향을 미치지 않는 원소로 강의 표면이나 결정립계 또는 격자를 타고 이동되어 실리콘(Si)과 망간(Mn)이 산소와 결합되는 자리를 차지함으로써 망간(Mn)과 실리콘(Si)이 복합산화물을 형성할 수 있는 가능성을 줄이는 역할을 하게 된다.
안티몬(Sb)은 함량이 0.01 wt% 미만이면 Si계 산화층(Mn2SiO4)의 형성을 억제하는 효과를 발휘하지 못하고, 0.4 wt% 초과시에는 크랙발생 및 2차가공취성 등의 제강 및 열간압연에 영향을 미치게 되므로 그 함량을 0.01~0.4 wt%의 범위로 설계하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.1 wt % 이하
니오븀(Nb)는 탄화니오븀(NbC), 질화니오븀(NbN) 형태의 석출물을 형성하여 변태시 페라이트의 결정립을 미세화시켜 초석 페라이트의 양을 증가시키고 시멘타이트의 석출을 억제하여 잔류오스테나이트 형성에 기여한다. 니오븀(Nb)은 0.1 wt% 이상 첨가시 석출강화 효과가 커 연성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 상기 니오븀(Nb)의 함량은 0.1 wt% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.
티타늄[Ti]: 0.1 wt% 이하
티타늄(Ti)은 니오븀(Nb)과 마찬가지로 탄화티타늄(TiC)상 등의 미세한 석출물을 결정립계 등에 형성하므로 결정립 미세화 및 석출강화에 의한 강도를 증가시키기 위해 첨가될 수 있다. 그러나 산화성이 강하므로 제강중 많은 비금속 개재물을 형성하여 강판표면결함을 유발시키고 재결정 온도를 상승시켜 제조비를 상승시키므로 0.1 wt% 이하의 범위로 규제하는 것이 바람직하다.
바나듐(V) : 0.1 wt% 이하
바나듐(V)은 니오븀(Nb)과 마찬가지로 강화원소로 첨가된다. 그러나 성형성 저하 및 제조비 상승의 문제점이 있으므로 그 함량을 0.1 wt% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.
니켈(Ni): 0.5 wt% 이하
니켈(Ni)은 강도 증가 및 내식성 향상을 위해 구리(Cu) 첨가시 발생되는 적열취성을 방지하기 위한 원소로서 첨가된다. 보통 구리(Cu) : 니켈(Ni) = 1 : 1 의 비율로 첨가시 효과가 가장 좋다고 알려져 있다. 구리(Cu) 첨가시 공정변수를 조정하여 적열취성등 품질확보가 어려울 시에는 구리(Cu)의 첨가 함량에 맞추어 0.5 wt% 이하의 범위내로 규제하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0.1 wt% 이하
크롬(Cr)은 페라이트 형성원소로서 오스테나이트가 펄라이트나 베이나이트로 변태하는 것을 지연시키는 효과가 있다. 크롬은 0.1 wt%이상 첨가시에는 강도상승을 유발시켜 연성을 저하시키므로 0.1 wt% 이하의 범위 내로 규제하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 강판의 성분들을 함유하고, 나머지는 실질적으로 철(Fe) 및 불가피한 원소들이며, 원료, 자재, 제조설비 등의 상황에 따라 함유되는 원소로서 불가피한 불순물의 미세량 혼입도 허용된다.
상기한 바와 같은 조성을 갖는 슬라브는 제강공정을 통해 용강을 얻은 다음에 주괴 또는 연속주조공정을 통해 제조되며, 여기서는 열간압연, 냉간압연을 거쳐 강판 형태로 제조된 후에, 그 강판의 표면에 용융아연도금 처리되는 아래의 공정을 거치게 된다.
- 열간압연 공정;
본 발명의 슬라브를 주조시 편석된 성분을 재고용하기 위하여 1100 ~ 1300 ℃에서 균질화 처리하고, Ar3 ~ Ar3+100℃에서 열간압연을 마무리하여 단상의 열연코일을 생산한다. 권취온도는 냉간압연을 용이하게 하기 위하여 500 ~ 700℃, 바람직하게는 550 ~ 650℃의 코일링 온도(CT)로 마무리한다. 마지막으로 강판 표면을 피클링하여 산화물을 제거한다.
이때, 상기 균질화 처리 온도는 1100℃ 미만인 경우 슬라브의 온도가 낮아 열간압연 부하가 커지고, 1300℃ 를 초과하면 석출물 생성으로 인한 냉연강판의 가공성이 낮아지므로 1100 ~ 1300℃ 사이로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마무리 열간압연 온도는 Ar3℃ 미만인 경우 압연시 압연하중이 증가하여 생산성이 감소되고, Ar3+100℃ 를 초과하면 생산비용이 상승되므로 Ar3 ~ Ar3+100℃ 로 규제하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 권취온도는 550℃ 미만인 경우 열연강판에 강도가 높은 제2상이 생성되어 열연판의 강도가 상승하고, 열간압연 후 강판의 형상이 나빠지므로 냉간압연이 어렵고, 650℃ 를 초과하면 열연강판에 조대한 펄라이트가 형성되어 소둔과정에서 재용해가 잘 일어나지 않아 균일한 조직의 소둔강판을 얻을 수 없어 소둔 온도를 증가시켜야 하는 문제점이 있다. 따라서 상기 권취온도는 550 ~ 650℃ 로 규제하는 것이 바람직하다.
- 냉간압연 공정;
최종 원하는 두께와 원하는 재질을 얻기 위해 냉간압연하는 단계로서, 권취된 열연강판을 30 ~ 80%의 압하율로 냉간압연하고, 780 ~ 860℃에서 연속 소둔한다.
이때, 압하율이 30% 미만이면 강판의 재결정 온도를 상승시키고, 80%를 초과하면 압연이 어려우므로 냉간 압하율은 30 ~ 80% 로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 소둔온도가 780℃ 미만이면 충분한 가공성을 확보하기 어렵고 오스테 나이트 변태가 충분하지 않으며, 860℃를 초과하면 오스테나이트 완전 변태 후 냉각시 페라이트 변태가 일어나기 때문에 잔류오스테나이트의 탄소농화가 낮아지는 문제점이 있다. 따라서 상기 소둔온도는 780 ~ 860℃사이의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
- 합금화용융아연도금 또는 용융아연도금 공정;
상기 연속 소둔된 강판을 급랭하여 350 ~ 450℃의 구간에서 30초 이상 유지한 후 통상의 용융아연도금 온도인 450~550℃에서 도금 및 열처리를 2분내에 실시하고 냉각하는 단계로 이루어진다.
이때, 상기 급랭 종료온도가 450℃를 초과하면 오스테나이트상이 모두 베이나이트상으로 변하기 때문에 연성이 감소하고, 350℃ 미만이면 오스테나이트상이 모두 마르텐사이트상으로 변하기 때문에 강도의 급격한 상승 및 가공성이 감소되므로 급랭 종료온도는 450 ~ 350℃ 범위로 규제하는 것이 바람직하다.
이하, 상술한 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그의 제조방법을 발명예를 통해 비교예와 비교하여 설명하기로 한다.
표 1은 본 발명의 발명 예와 비교 예의 성분비를 나타낸 것이고, 표 2는 표 1의 발명 예와 비교 예에 의해 제조된 시편의 기계적 성질을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
구 분 화학성분(wt%) 비고
C Si Mn P Al Cu Ni Cr N(ppm) Sb 기타
1 0.10 0.3 1.5 - 1.0 0.1 - 0.1 80 0.05 Nb:0.025 발명예
2 0.10 0.3 1.5 - 1.0 0.1 0.1 - 80 0.05 Nb:0.025 V:0.01 발명예
3 0.10 0.5 1.5 - 1.0 0.5 - - 80 0.1 Nb:0.025 발명예
4 0.10 0.5 1.5 - 1.0 0.5 0.5 - 80 0.1 Ti:0.04 발명예
5 0.10 1.2 1.5 - 1.0 0.1 - 0.1 80 0.1 Nb:0.025 발명예
6 0.15 0.3 1.5 - 1.5 0.1 - - 80 0.1 Ti:0.02 Nb:0.02- 발명예
7 0.15 0.3 1.5 0.05 1.5 0.1 0.1 - 80 0.1 Ti:0.02 Nb:0.02- 발명예
8 0.15 0.3 1.5 - 1.5 0.1 - - 80 0.1 Ti:0.02 Nb:0.02- 발명예
9 0.10 1.2 1.5 1.0 0.1 - 0.1 - - Nb:0.025 비교예
10 0.10 1.2 1.5 - 1.0 0.5 0.5 - - - Ti:0.02 V:0.02 비교예
11 0.15 1.2 1.5 0.05 1.0 0.1 0.1 - - - Ti:0.02 Nb:0.02- 비교예
12 0.18 0.5 1.5 - 1.0 - - 0.1 - - Nb:0.05 비교예
구분 재질 도금성 비고
YS(MPa) TS(MPa) Y/R(%) TS*EL EL(%)
1 426 609 70.0 20706 34 발명예
2 407 602 67.6 21070 35 발명예
3 431 640 67.3 21440 32 발명예
4 435 642 67.7 20544 32 발명예
5 445 660 67.4 20460 31 발명예
6 450 649 69.3 20119 32 발명예
7 460 655 70.2 19650 30 발명예
8 450 649 69.3 20119 32 발명예
9 440 645 68.2 21285 33 비교예
10 453 670 67.6 20100 30 × 비교예
11 453 670 67.6 20100 30 × 비교예
12 618 830 74.4 22410 27 × 비교예
[TS(MPa):인장강도, YS(MPa):항복강도, EL(%):연신율]
표 2는 표 1의 합금설계를 가지는 조성의 슬라브를 900℃에서 마무리 열간 압연한 다음 650℃로 냉각하여 1시간 정도 유지하고, 다시 공냉, 냉간압연하여 강판을 제조한 후 상기 강판의 시편을 이용하여 강도와 연신율 및 시편들의 용융도금가능성등을 실험한 것이다. 여기서 열간압연된 강판은 통상의 방법으로 산세하여 냉간압연하고 연속 소둔하며, 냉간압연은 60%의 압하율로 실시한다.
표 1과 표 2를 살펴보면 안티몬(Sb)의 첨가에 의해 우수한 도금성이 확보되는 영역과 그렇지 않은 영역으로 구분됨을 알 수 있고, 발명예들을 통해 실리콘(Si)을 첨가량을 줄이더라도 실리콘(Si)의 대체물인 알루미늄(Al), 구리(Cu), 질소(N)의 첨가량 조절에 의해 상대적으로 저렴한 비용으로 원하는 인장강도 및 연신율을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 발명예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti)의 함량을 (Nb + V + Ti) ≤0.2%의 식을 만족하는 범위로 첨가하여 강도와 연성의 균형이 맞추도록 하였다. 따라서 종래보다 저렴한 비용으로 가공성과 도금성이 우수한 590~780MPa급 자동차용 강판으로 사용할 수 있는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 중량 %로 탄소(C) 0.08~0.20 %, 실리콘(Si) 0.3~1.0 %, 망간(Mn) 0.5~2.5 %, 알루미늄(Al) 0.5~1.5 %, 인(P) 0.07 % 이하, 황(S) 0.005 % 이하, 구리(Cu) 0.5 % 이하, 질소(N) 0.02 % 이하 나머지 철(Fe)의 합금조성을 가지는 강에 안티몬(Sb)과 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 중 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유되는 것을 특징으로 하는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 안티몬(Sb)은 0.01~0.4 %의 범위로 함유됨을 특징으로 하는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti)의 함량은 (Nb + V + Ti) ≤0.2%의 식을 만족하는 범위임을 특징으로 하는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
  4. 중량 %로 탄소(C) 0.08~0.20 %, 실리콘(Si) 0.3~1.0 %, 망간(Mn) 0.5~2.5 %, 알루미늄(Al) 0.5~1.5 %, 인(P) 0.07 % 이하, 황(S) 0.005 % 이하, 구리(Cu) 0.5 % 이하, 질소(N) 0.02 % 이하 나머지 철(Fe)의 합금조성을 갖는 강에 안티몬(Sb) 및 (Nb + V + Ti) ≤0.2%의 식을 만족하는 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 중 1종 또는 2종 이상이 추가로 함유하여서,
    1100 ~ 1300 ℃에서 균질화 처리하고, Ar3 ~ Ar3+100℃에서 열간압연을 마무리하여 500 ~ 700℃ 사이에서 권취하고, 냉간압하율 30~80% 사이에서 냉간압연하여 소둔한 후 용융아연도금 처리하는 것을 특징으로 하는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 용융아연도금 처리는 연속 소둔된 강판을 급랭하여 350℃ ~ 450℃의 구간에서 일정시간 유지한 후 450~550℃에서 도금 및 열처리공정을 수행한 후 냉각함을 특징으로 하는 도금성과 가공성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
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