KR20090071159A

KR20090071159A - 고항복비 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090071159A
Application number: KR1020070139377A
Authority: KR
Inventors: 강용식; 강덕구; 김우철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-01
Also published as: KR100957971B1

Abstract

본 발명은 자동차용 구조부재 등에 사용되는 강판으로서 항복강도 220~280MPa, 인장강도 340MPa이상의 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 용융아연도금강판은, 중량%로, C: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), Mn: 0.4~0.5%, Si: 0.03%이하(0%를 포함하지 않음), P: 0.04~0.06%, S: 0.013% 이하(0%를 포함하지 않음), Ti: 0.01~0.02%, Nb: 0.006~0.012%, B: 2~12PPM, N: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), 산가용 Al: 0.02~0.05% 와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 제조방법도 제공된다.

항복강도, 고항복비, 용융아연도금강판

Description

고항복비 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법{High Yield Ratio and High Strength Galvanized Steel Sheet and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 자동차용 내판재 중 브라켓,멤버류 등의 구조부재와 자동차 외판재로 사용되는 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고항복비를 가지는 항복강도 220~280MPa의 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 자동차의 충격 안전성에 관한 규제가 확산되면서 미주,유럽계 자동차사 중심으로 차체의 내충격성 향상을 위하여 브라켓 등 소형부품, 멤버(member), 구조부재 용도와 일부 자동차 외판재에 항복강도 보증강판이 널리 사용되고 있다.

항복강도 보증강판은 자동차의 충돌시 충돌 에너지를 흡수할 수 있도록 설계된 강판으로서, 인장강도(TS) 대비 항복강도(YS), 즉 항복비(YS/TS)가 높은 고항복비를 갖는 것이 일반적이다. 이는 자동차 충돌시에 발생하는 충격 에너지를 효과적으로 흡수하는 내충격성의 향상을 위해 강판 두께 증가와 더불어 높은 강도를 가지는 재 료가 필요하기 때문이다. 그러나 강판의 두께증가시 차체 무게 증가로 연비에 불리하므로 고항복비 고강도 강판 사용으로 강판의 두께 감소를 통한 차체 중량감소를 통해 연비 향상을 도모하고 있다.

이러한 고항복비 고강도 강재 분야의 종래 기술에 의하면 항복강도 175~220MPa, 인장강도 340Mpa 이상은 안정적으로 확보 할 수 있으나 항복강도 220Mpa 이상 확보가 곤란하여 불량율이 매우 높은 문제점이 있다.

따라서, 항복강도 220~280Mpa, 인장강도 340Mpa 이상을 동시에 만족하고 가공성까지 동시에 요구되는 고강도 용융아연도금 자동차용 강판을 안정적이고 경제적으로 제조할 필요성이 대두되고 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용융아연도금강판은, 중량%로, C: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), Mn: 0.4~0.5%, Si: 0.03%이하(0%를 포함하지 않음), P: 0.04~0.06%, S: 0.013% 이하(0%를 포함하지 않음), Ti: 0.01~0.02%, Nb: 0.006~0.012%, B: 2~12PPM, N: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), 산가용 Al: 0.02~0.05% 와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

나아가, 본 발명의 고강도 용융아연도금강판의 제조방법은 상기 성분으로 구성된 강 슬라브를 1140~1180℃로 가열하는 가열 단계; 900~940℃에서 열간마무리 압연하는 열간마무리 압연 단계; 580~620℃의 온도 범위에서 권취하는 저온권취 단계; 70%이상의 압하율로 압연하는 냉간압연 단계; 780~830℃의 온도범위에서 재결정 소둔하는 재결정 소둔 단계; 용융아연도금처리하는 단계; 및 0.9~1.6%의 압하율로 조질압연 단계를 포함한다.

본 발명에 의할 경우 열연 저온권취를 통한 입자 미세화와 용융아연도금공정의 적정 소둔온도 제어와 높은 조질압하를 통한 가공경화를 이용하여 고항복비형의 항복강도 220~280Mpa, 인장강도 340MPa이상의 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 종래강의 성분계를 그대로 활용하나 두께그룹별로 열연 권취온도, 용융아연도금공정의 소둔온도를 적절히 제어함으로써 220~280Mpa의 항복강도, 340Mpa 이상의 인장강도를 동시에 확보하는 고항복비의 고가공성의 고강도 용융아연도금강판을 제공할 수 있다.

이하 본 발명의 조성범위에 대하여 설명한다.

C: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음) (이하, 중량%)

본 발명에서 C는 연신율 확보에 중요한 역할을 한다. C의 함량이 0.003% 초과할 경우에는 적정 연신율 확보가 곤란하여 0.003% 이하로 제한된다.

Mn: 0.4~0.5%

Mn은 강중 S를 MnS로 석출시켜 열간압연시 S에 의한 판파단 발생 및 고온취화를 억 제시키는 중요한 역할을 한다. 나아가 본 발명에서 Mn은 고용강화에 의하여 강도를 향상시키는 작용을 한다. Mn의 함량이 0.4% 미만일 경우에는 목적하는 강도의 확보가 곤란해지며, 반면 0.5%를 초과하게 되면 목적하는 강도는 확보되나 연신율이 급격히 감소되고 또한 자동차사 성분기준 초과 및 제조원가가 상승하게 되며, 또한 소둔시 강판 표면에 Mn산화물의 용출이 심하게 나타나므로 표면 청정도 및 내산화성에 좋지 않게 된다. 따라서, Mn은 0.4~0.5% 만큼 첨가된다.

Si: 0.03%이하(0%를 포함하지 않음)

Si은 탈산 및 고용강화를 통하여 강도를 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.03% 이상이면 열간압연시 적스케일 표면 결함이 심해지므로, Si는 0.03%이하로 첨가한다.

P: 0.04~0.06%

P는 성형성을 크게 해치지 않으면서 강도확보를 일으키는 원소에 해당된다. 강중 P의 함량이 많아지면 강도상승에는 매우 유리하지만, P의 0.06% 초과시 상온 취성파괴 발생 가능성을 높여 슬라브의 열간압연 도중 판파단 발생가능성이 증가하며, 소둔완료 후 결정입계로의 확산 및 편석이 용이해지므로 성형시 2차가공 취성 발생에 대한 문제점이 커지게 된다. P가 0.04% 미만시 강도확보가 어렵게 되는 문제가 있다. 따라서 P의 양은 0.04~0.06%로 제한한다.

S: 0.013% 이하(0%를 포함하지 않음), N: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음)

S과 N는 강중 불순물로서 불가피하게 첨가되는 원소들이므로 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 하지만, 그 함량들을 낮게 관리할수록 정련 비용이 높아지므로 경제성을 고려하여 조업조건이 가능한 범위인 S의 함량 0.013% 이하, N은 강도 확보에 유리한 저강의 원소로서 질화물 형성 원소로 강도확보에 유리한 0.003% 이하로 조절한다.

산가용 Al: 0.02~0.05%

Al은 탈산을 위해서 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.02% 미만의 경우 첨가효과가 충분하지 않고, 자동차강판 성형후 용접시 용접강도 확보에 불리하며, 0.05%를 초과하는 경우에는 제강 연주 조업시 개재물 과다 형성으로 인한 강판 표면 불량, 합금화 및 용융아연도금강판의 표면 품질 저하 및 제조 원가의 상승을 가져오므로, 그 함량은 0.02~0.05%로 제한한다.

Ti: 0.01~0.02%

Ti는 Ti석출물에 의한 강도상승과 함께 TiC화합물을 형성하여 연성확보에 유리하다. 0.01% 미만 첨가시 효과를 기대할 수 없으며, 0.02% 초과시 열간압연시 부하발생, 제조원가 상승 및 강도초과,연성미달 등의 문제가 발생 할 수있다. 따라서 Ti는 0.01~0.02%로 제한한다.

Nb: 0.006~0.012%

Nb는 석출강화 원소로서 입자미세화를 통한 강도향상 효과가 있다. 0.006% 미만시 강도미달의 문제가 발생하고 0.012% 초과시 강도초과 및 압연부하,제조원가 상승 등의 문제가 있다. 따라서 Nb는 0.006~0.012% 제한한다.

B: 2~12PPM

B은 P 0.04~0.05% 첨가에 따른 자동차 부품 가공후 입계강화를 통한 상온취성 문제 예방과 강도향상, 용접성 향상을 위해 필수적으로 첨가하여야 한다. 2PPM 미만일 경우 그 효과가 없으며, 12PPM 초과시 용융아연도금강판의 미도금 등 표면결함 증가 및 강도초과 등의 문제가 있으므로 2~12PPM으로 제한한다.

본 발명은 상기한 성분 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

(1) 강 슬라브를 1140~1180℃로 가열하는 가열 단계;

가열로 추출온도가 1140℃ 미만이면 열연 마무리압연시 압연부하가 발생 할 수 있으며, 1180℃를 초과하는 경우에는 열연소재 표면에 여러종류의 스케일 결함이 발생할 수 있으므로 가열로 추출 온도는 1140~1180℃로 조절한다.

(2) 900~940℃에서 열간마무리 압연하는 열간마무리 압연 단계;

열간마무리 압연온도의 경우, 900℃ 미만시 압연부하가 발생할 수 있으며 940℃ 초과시에는 열연소재에 스케일 등 표면 결함이 발생할 수 있고 입자의 불균일화 및 조대화로 인한 최종제품 생산 단계에서의 강도가 적정 수준에 미달될 수 있으므로, 열간마무리 압연온도는 900~940℃로 조절한다.

(3) 580~620℃의 온도 범위에서 권취하는 저온권취 단계;

저온권취를 통한 입자미세화로 항복강도 상향을 시켜야 한다. 열연 권취온도가 580℃미만인 경우에는 냉간압하율이 높아 냉간압연부하가 발생할 수 있으며 620℃를 초과하는 경우에는 적정 항복강도에 불리하므로 열연 권취온도는 적절하게 조절되어야 한다.

(4) 70%이상의 압하율로 압연하는 냉간압연 단계;

권취된 강판은 압하율 70% 이상으로 냉간압연되는데, 상기 냉간압연의 압하율이 70% 미만인 경우에는 석출물 핵생성을 위한 임계 핵생성 사이트의 감소로 충분한 석출물이 형성되지 않으며, 재결정온도가 높아져 항복강도의 편차가 증가하여 적정 강도 확보에 매우 불리 할 수 있다. 그리고 통상 냉간압하율이 커질수록 최종 제품의 재질의 연성이 우수하여 강판의 성형시 가공 크랙 방지에 유리하다.

(5) 780~830℃의 온도범위에서 재결정 소둔하는 재결정 소둔 단계;

재결정소둔 열처리 조건은 표1과 같이 용도,두께 그룹별로 780~830℃ 범위에서 실시한다. 이 범위에서 재결정소둔은 항복강도의 불량 및 편차를 감소시킬 수 있다. 만일 소둔온도가 미재결정 영역 온도인 780℃미만의 온도인 경우, 코일내 재질 편차가 높아져 적정 항복강도를 초과 및 연신율이 미달 될 수 있으며, 반면 830℃를 초과하는 조건에서는 고온 소둔에 따른 석출물 조대화 경향으로 충분한 석출 효과가 나타나지 않아 항복강도 및 인장강도가 미달되는 불량이 발생하게 된다.

두께(mm)	소둔온도(℃)	조질압하율(％)
0.6 ≤ T < 1.2	790~830	1.2~1.6
1.2 ≤ T < 2.31	780~820	0.9~1.3

(6) 용융아연도금처리하는 단계;

냉간압연강판에 대해 재결정 소둔 열처리를 상기 표 1과 같이 실시한 후 용융아연도금욕의 일반적인 조건으로 도금을 하게 되는데, 용융아연도금욕의 성분조성은 Al 0.12~0.23%, Fe농도는 0.04%이하, Pb는 0.01%이하, 도금욕의 온도는 440~490℃로 한다.

(7) 0.9~1.6%의 압하율로 조질압연 단계;

조질압연의 압하율은 0.9~1.6%로 하게 되는데, 0.9% 미만이면 가공경화가 부족하여 항복강도 미달이 발생하며, 반면 1.6%를 초과하면 조질압연시 압연부하로 작업곤란 및 강판의 연신율 하락 등의 문제가 발생하므로 0.9~1.6%로 제한한다. 두께그룹별 소둔온도 및 조질압하율 기준은 상기 표 1과 같다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표2의 성분을 포함하는 각각의 강 슬라브를 하기 표3의 조건으로 열간압연, 냉간압연, 용융아연도금 및 조질압연을 실시하고 기계적 특성을 측정하였다. 하기 표4는 측정된 강판의 기계적 특성을 나타낸다.

구분 (두께)	화학성분 조성(중량%)
구분 (두께)	C	Mn	Si	P	S	S-Al	N(ppm)	Ti	Nb	B(ppm)
비교강1 (1.2mm)	0.0012	0.435	Trace	0.0473	0.0108	0.035	25	0.016	0.010	5
비교강2 (2.0mm)	0.0020	0.460	0.006	0.0534	0.0093	0.032	24	0.017	0.010	6
비교강3 (0.7mm)	0.0013	0.445	Trace	0.0493	0.0108	0.035	25	0.016	0.011	4
발명강1 (2.0mm)	0.0018	0.443	0.005	0.0530	0.0090	0.031	24	0.011	0.008	5
발명강2 (0.7mm)	0.0014	0.440	0.005	0.0520	0.0098	0.036	25	0.014	0.009	5
발명강3 (1.2mm)	0.0018	0.446	0.006	0.0493	0.0097	0.033	23	0.015	0.010	6

구분	냉연강판 두께(mm) (인장시편)	가열로 추출온도(℃)	마무리 압연온도(℃)	열연 권취온도(℃)	소둔온도(℃)	조질압하율(%)
비교강1	1.2(C04)	1170	936	700	804	0.77
비교강2	2.0(C04)	1160	930	700	800	0.80
비교강3	0.7(C04)	1175	930	696	798	0.71
발명강1	2.0(C04)	1169	921	620	813	0.92
발명강2	0.7(C04)	1160	936	609	811	1.50
발명강3	1.2(C04)	1160	931	603	801	1.12

단, 인장시편 C04(코일길이 수직방향, JIS 5호 인장시편 )

구분	강판두께(mm)	항복강도(MPa)	인장강도(MPa)	연신율(%)	항복비(%)
비교강1(CR)	1.2	213	339	40	63
비교강2(CR)	2.0	219	374	42	59
비교강3(CG)	0.7	208	356	38	58
비교강4(CG)	2.0	253	356	44	71
발명강1(CR)	0.7	247	364	37	68
발명강2(CR)	1.2	237	357	42	66

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 발명강은 항복강도가 220~280MPa에 해당하고, 동시에 인장강도가 340Mpa 이상이며, 65% 이상의 고항복비를 나타내고 있음을 알 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), Mn: 0.4~0.5%, Si: 0.03%이하(0%를 포함하지 않음), P: 0.04~0.06%, S: 0.013% 이하(0%를 포함하지 않음), Ti: 0.01~0.02%, Nb: 0.006~0.012%, B: 2~12PPM, N: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), 산가용 Al: 0.02~0.05% 와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 항복강도 220~280Mpa 및 인장강도 340Mpa 이상인 것을 특징으로 하는 고항복비 고강도 용융아연도금강판.
중량%로, C: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), Mn: 0.4~0.5%, Si: 0.03%이하(0%를 포함하지 않음), P: 0.04~0.06%, S: 0.013% 이하(0%를 포함하지 않음), Ti: 0.01~0.02%, Nb: 0.006~0.012%, B: 2~12PPM, N: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음), 산가용 Al: 0.02~0.05% 와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는

강 슬라브를 1140~1180℃로 가열하는 가열 단계;

900~940℃에서 열간마무리 압연하는 열간마무리 압연 단계;

580~620℃의 온도 범위에서 권취하는 저온권취 단계;

70%이상의 압하율로 압연하는 냉간압연 단계;

780~830℃의 온도범위에서 재결정 소둔하는 재결정 소둔 단계;

용융아연도금처리하는 단계; 및

0.9~1.6%의 압하율로 조질압연 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고항복비 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 재결정 소둔 단계의 소둔온도 및 조질압하율은 강판두께(T)에 대하여,

0.6mm≤T<1.2mm인 경우에는 소둔온도 790~830℃, 조질압하율 1.2~1.6％;

1.2mm≤T<2.31mm인 경우에는 소둔온도 780~820℃, 조질압하율 0.9~1.3％;

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 고항복비 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.