KR20100025919A - 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄소(C) 0.06~1.5 wt%, 실리콘(Si) 0.03~1.5 wt%, 망간(Mn) 1.0~2.5 wt%, 인(P) 0.08 wt% 이하, 및 잔부 철(Fe)의 합금성분을 가지는 고강도 냉연강판을 제조하되, 인산염 처리성을 개선하기 위하여 합금설계 단계에서 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비를 소둔 열처리 후 Mn₂SiO₄산화물이 생성되는 범위 내로 조절하여 조업한다. 본 발명에 의하면 고강도 냉연강판의 제조시 실리콘과 망간의 함량비를 적정비율로 유지함으로써 소둔 열처리후의 추가적인 공정 없이도 인산염 처리성이 개선되도록 한다. 따라서 제조원가가 절감되는 이점이 있다.

인산염처리, 냉연강판

Description

인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법{Method for producing of High strength cold steel sheet with good phosphatability}

본 발명은 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘(Si)과 망간(Mn)의 함유량이 일반강판에 비해 높은 고강도 냉연강판에서 실리콘과 망간의 합금조성 비율을 조절하여 강판 표면의 인산염 처리성이 향상되도록 한 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

인산염 처리는 냉연강판이나 아연도금강판에서 도장막의 밀착성을 증대시키거나 프레스가공에서 다이와 강판과의 마찰력을 감소시켜 가공성을 증대시킬 목적으로 자동차용 강판에 주로 실시된다.

인산염 처리된 강판은 표면에 생기는 피막에 의해 방청성, 내식성, 내고온 산화성 등의 화학적 성질이 향상되며 동시에 경도와 내마모성이 증대된다.

그런데, 실리콘(Si)과 망간(Mn)의 함유량이 일반강판에 비해 높은 고강도 냉연강판의 경우에는 소둔 열처리 후 실리콘과 망간이 표면에 농화되어 강판 표면에 연속적인 산화피막을 형성하므로 인산염 처리성이 저하된다.

인산염 처리는 인산염결정이 균일하고 미세하게 확보될수록 유리한데, 인산염 처리성이 확보되지 않으면 후공정인 도장공정에서 페인트 밀착성이 저하되어 도장되지 않고 모재 표면이 그대로 노출되는 도장불량이 발생된다.

그래서 현재 상용화되고 있는 고강도 냉연강판의 경우 소둔 열처리 후 약산세라인에서 표면 산세를 실시하여 선택적으로 산화층을 제거하거나, 니켈 플래쉬 도금을 통한 인산염 핵생성 사이트를 형성하여 인산염 처리성을 개선하고 있는 실정이다. 그러나 이 경우에는 산세설비나 도금설비 외에 수세나 건조 등과 같은 추가의 복합 처리설비가 필요하게 되므로 제조단가의 상승을 가져오게 된다.

또한, 니켈 플래쉬 도금의 경우에는 도금액 농도 관리가 어려워 균일한 도금특성을 유지하기 어려우므로 인산염 처리 품질이 일정하지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 설비 및 공정의 추가 없이 인산염 처리성을 개선할 수 있는 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 균일한 특성의 인산염 처리성이 확보되는 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 탄소(C) 0.06~1.5 wt%, 실리콘(Si) 0.03~1.5 wt%, 망간(Mn) 1.0~2.5 wt%, 인(P) 0.08 wt% 이하, 및 잔부 철(Fe)의 합금성분을 가지는 고강도 냉연강판을 제조하되, 인산염 처리성을 개선하기 위하여 합금설계 단계에서 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비를 소둔 열처리 후 Mn₂SiO₄산화물이 생성되는 범위 내로 조절하여 조업한다.

상기 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비는 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비≥ 2.0 조건 범위 내에서 조절한다.

본 발명에 의하면, 고강도 냉연강판의 제조시 합금 설계단계에서부터 실리콘과 망간의 적정비를 고려하여 망간과 실리콘의 표면농화에 의한 선택적 산화를 인산염 처리에 유리한 방향으로 유도한다. 따라서 소둔 열처리 후의 추가적인 후공정 이 없이도 인산염 처리성을 개선할 수 있다.

또한, 망간에 대한 실리콘의 질량비를 적절하게 유지해 주는 것에 의해 균일하고 일정한 특성의 인산염 처리성을 확보할 수 있다.

이에 따라 산세설비나 도금설비 등 추가의 복합 처리설비 없이도 균일하고 일정한 인산염 처리성을 확보하는 것이 가능하므로 제조원가 절감효과를 기대할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 탄소(C) 0.06~1.5 wt%, 실리콘(Si) 0.03~1.5 wt%, 망간(Mn) 1.0~2.5 wt%, 인(P) 0.08 wt% 이하, 및 잔부 철(Fe)의 합금성분을 가지는 고강도 냉연강판을 제조하되, 인산염 처리성을 개선하기 위하여 용강의 합금조성을 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비≥ 2.0 조건 범위 내에서 설계하여 제조한다.

더 상세히 설명하면, 고강도 냉연강판의 합금 설계단계부터 실리콘(Si)과 망간(Mn)의 적정비율을 구성하여 소둔 열처리시 실리콘과 망간의 표면농화로 생기는 선택적 산화물을 인산염 처리에 유리한 산화층으로 생성 유도하는 것이다.

실리콘과 망간이 첨가된 고강도 냉연강판의 경우 생성되는 산화물은 Si_xO_y(실리콘옥사이드)와 Mn₂SiO₄(테프로이트)산화물이 있다. Si_xO_y산화물은 필름형태의 산화물로 연속적인 산화피막을 형성하여 인산염 처리성을 저하시키는 결정적인 역할을 하며, Mn₂SiO₄산화물은 입자상태로 불연속적인 산화물을 형성하므로 인산염 처리성에는 영향을 미치지 않는다.

이에 따라, 실리콘과 망간의 비율을 조절하여 Si_xO_y의 연속적 형태의 산화물 대신 Mn₂SiO₄와 같은 불연속적인 산화물이 형성되도록 유도함으로써 소둔 열처리시 피하기 어려운 선택적 산화를 인산염 처리에 유리한 방향으로 제어하는 것이다.

망간과 실리콘의 표면농화에 의한 선택적 산화를 인산염 처리에 유리한 방향으로 제어하기 위해 Mn/Si의 질량비를 2.0 이상으로 규정한다.

열역학적으로 보면 Mn/Si의 질량비가 2.0 이상에서 소둔 열처리시 인산염 처리에 영향을 미치지 않는 불연속 입자상태인 Mn₂SiO₄산화물이 주로 형성되며, Mn/Si의 질량비가 2.0 미만에서는 소둔 열처리시 냉연강판 표면에서 열역학적으로 안정적인 SiO₂(SixOy)산화막이 연속적인 필름형태로 형성된다. SiO₂산화막은 인산염 처리성을 저하시키는 주요 원인으로 작용하게 된다.

상술한 이유로 Mn/Si 질량비는 인산염 처리성 개선에 중요한 요인으로 작용한다. 따라서, 본 발명의 냉연강판은 실리콘과 망간의 적정비율을 조정함으로써 실리콘과 망간의 표면농화로 형성되는 선택적 산화물층을 인산염 처리에 유리한 산화층으로 생성 유도한다. 이러한 방법은 고강도 냉연강판의 재질적인 특성을 저하시키지 않으면서 설비 및 공정의 추가없이 인산염 처리성을 개선한다.

이하 본 발명의 합금원소들의 기능과 함유량에 대하여 간략하게 설명한다.

탄소(C): 0.06~1.5 wt%

탄소는 강판에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소로서, 소량 첨가시 강도가 낮을 뿐 아니라 오스테나이트가 페라이트로 변태되어 마르텐사이트 분율 확보가 어렵다. 따라서 소재의 강도를 확보하기 위해 0.06wt% 이상 첨가한다. 단 1.5wt%를 초과하면 탄소당량의 증가로 인한 기타 합금원소의 첨가가 어렵고 스폿용접성이 저하되므로, 그 상한치를 1.5wt%로 제한한다.

실리콘(Si) : 0.03~1.5 wt%

실리콘(Si)은 페라이트 내의 탄소 활동도를 증가시키고, 페라이트 안정화를 촉진하는 작용을 하며, 고용강화에 의한 강판의 강도확보에 기여한다.

실리콘(Si)은 함량이 0.03 wt% 미만인 경우 고용강화 효과를 얻을 수 없고 1.5 wt% 이상인 경우 강 표면에 산화물을 형성하여 도금특성을 저해하는 원인이 된다.

실리콘은 망간과 함께 첨가되면 소둔 열처리 후 선택적 산화로 인해 Mn₂SiO₄와 SiO₂ 산화물이 생성되는데, 본 발명에서는 SiO₂ 산화물 대신 Mn₂SiO₄산화물 생성이 유도되도록 실리콘의 함량이 망간과 적정비인 Mn/Si의 질량비 ≥2.0의 조건식을 만족하도록 한다.

망간(Mn): 1.0~2.5 wt%

망간(Mn)은 오스테나이트의 페라이트 변태를 지연시키고 변태온도를 낮추며, 고용강화 원소로서 강도 증가에 기여한다. 망간은 1.0wt% 이상을 첨가하여야 열처리시 오스테나이트화 하여 급냉 후 필요한 인장강도를 확보할 수 있다.

하지만 망간은 1.0 wt% 미만 첨가시 펄라이트의 생성을 방지하기 위해 매우 빠른 속도로 냉각해야하므로 산업적으로 이용하기 어렵다. 그리고 2.5 wt% 초과시에는 망간밴드 조직이 형성되고 편석이 급격하게 증가하여 강의 가공성 및 용접성이 저하된다. 따라서, 상기 망간의 함량은 1.0~2.5 wt% 범위로 함유된다.

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인(P): 0.08 wt% 이하

인(P)은 고용강화를 위해 첨가되는 원소로 실리콘(Si)과 마찬가지로 탄화물의 생성을 억제하고 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 인(P)은 함량이 0.08 wt%를 초과하면 용접성이 악화되고 중심편석에 의해 재질편차가 발생하는 문제가 발생되므로 0.08 wt% 이하의 범위로 규제한다.

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 인산염 처리공정을 거치게 된다.인산염 처리 공정은 인산염 용액에 수 초간 침지하는 통상적인 방법이 이용된다.

이하, 상술한 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 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.

(강판의 최종 합금성분 wt% : 잔부 Fe)

구분	C	Si	Mn	P
비교예1	0.08	1.30	1.7	0.015
비교예2	0.16	1.40	2.0	0.015
발명예1	0.08	0.50	2.0	0.015
발명예2	0.08	0.50	1.5	0.015
발명예3	0.08	1.00	2.2	0.015
발명예4	0.12	0.50	1.6	0.015
발명예5	0.12	0.70	2.0	0.015
발명예6	0.16	0.70	2.0	0.015

구분	인장강도(MPa)	Mn/Si의 질량비	인산염 처리성
비교예1	609	1.3	불량
비교예2	612	1.4	불량
발명예1	625	4.0	양호
발명예2	620	3.0	양호
발명예3	623	2.2	양호
발명예4	630	3.2	양호
발명예5	634	2.8	양호
발명예6	637	2.8	양호

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 인장강도 및 인산염 처리성 등을 확인한 것이다.

표 2를 살펴보면 Mn/Si의 질량비에 따라 인산염 처리성이 양호한 경우와 그렇지 않은 경우로 구분됨을 알 수 있다. 그리고, Mn/Si의 질량비를 조절하더라도 망간과 실리콘이 표 1의 조건범위를 만족할 경우 냉연강판의 재질적 특성은 저하되지 않음을 알 수 있다.

위 실험 결과로부터 망간(Mn)과 실리콘(Si)의 냉연강판 내 함량을 Mn/Si의 질량비가 2.0 이상이 되는 조건 범위로 합금설계할 경우 인산염 처리성이 개선될 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 (2)

1. 탄소(C) 0.06~1.5 wt%, 실리콘(Si) 0.03~1.5 wt%, 망간(Mn) 1.0~2.5 wt%, 인(P) 0.08 wt% 이하, 및 잔부 철(Fe)의 합금성분을 가지는 고강도 냉연강판을 제조하되, 인산염 처리성을 개선하기 위하여 합금설계 단계에서 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비를 소둔 열처리 후 Mn₂SiO₄산화물이 생성되는 범위 내로 조절하여 조업하는 것을 특징으로 하는 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비는 Mn(wt%)/Si(wt%)의 질량비≥ 2.0 조건 범위를 만족하는 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 인산염 처리성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.