KR20100047003A - 고강도 합금화 용융 도금 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소입성 합금원소의 투입량을 조절하고 열간압연 공정을 제어함으로써 고강도를 확보함과 아울러 가공성 및 도금성을 향상시킬 수 있도록 한 고강도 합금화 용융 도금 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법은 중량 %로 탄소: 0.04~0.15, 실리콘: 0.05~0.5, 망간 : 0.5~1.7 , 알루미늄 : 0.01~0.5, 브론 : 20ppm 이하, 질소 : 60ppm 이하, 안티몬 : 0.02~0.5 및 나머지 잔부가 철(Fe) 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성된 강을 이상역 열간 압연 후 냉각하여 권취하고, 권취된 강판을 산세후 합금화 용융 도금 처리한 것이다.
이에 따르면 본 발명은 열연 복합조직 강판으로 제조함에 따라 기존 냉연 복합조직 강판에 비해 최종 제품까지의 공정을 단축함과 동시에 고가인 합금원소의 투입량을 줄일 수 있으므로, 제조 원가를 절감시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

고강도 합금화 용융 도금 강판 및 그 제조방법{High-strength hot- dip galvanized steel sheet having excellent formability and galvanizing property, and method for producing the same}
본 발명은 고강도 합금화 용융 도금 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 저탄소 알루미늄 킬드강에 소입성 합금원소의 투입량을 조절하고 열간압연 공정을 제어함으로써 프레스 가공시 드로잉성이 우수하고 도금성이 우수한 고강도 합금화 용융 도금 강판에 관한 것이다.
기존 자동차 산업은 경쟁이 심화됨에 따라 자동차 품질에 대한 고급화, 다양화 요구가 높아지고 있으며, 강화되고 있는 안전 및 환경규제에 대한 법규를 만족시키기 위해 자체 강성을 증대시키고 연비 효율을 향상시키기 위한 노력을 하고 있다.
최근 철강업계 및 자동차 업계의 연구관심은 환경오염과 고강도, 경량화에 집중되고 있으며, 자동차 디자인이 복잡해지고 소비자의 욕구가 다양화됨에 따라 자동차 업계에서는 고강도이면서 가공성과 성형성이 우수한 강을 요구하고 있다.
종래의 고강도 냉연강판은 저탄소 알루미늄킬드강에 고용강화원소인 망 간(Mn), 실리콘(Si), 인(P)등을 첨가하여 이를 치환형 원소의 고용강화 효과를 이용하여 강도를 향상시키거나, 석출물 형성 원소인 나이오븀(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐(V)등을 첨가하여 이들의 석출물을 이용하여 강도를 향상시켜 고강도 냉연강판을 제조하여 왔다.
그러나 망간(Mn), 실리콘(Si), 인(P)등을 첨가한 고용강화강의 경우 강도는 상승하지만 연신율이 감소하는 단점이 있고, 소둔후에는 고용탄소의 존재로 항복점연신이 나타나기 때문에 불연성 항복거동을 나타낸다.
이러한 항복점연신에 의한 불연속 항복거동과 높은 항복비(항복강도/인장강도)는 프레스 가공등 냉연강판의 가공시 강판표면에 스트레쳐 스트레인(stretcher strain) 결함이 나타나고, 항복점이 높기 때문에 스프링백(spring back)에 의해서 형상 동결성이 나쁘다.
니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐(V)등을 첨가한 석출경화형강은 역시 항복점 연신현상이 나타나고, 항복점이 낮을 뿐만 아니라 동일 인장강도 수준에서 연신율이 매우 낮기 때문에 프레스 가공성이 나쁜 단점이 있다.
최근에는 저탄소 알루미늄 킬드강에 강화능이 큰 원소인 망간, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)등을 첨가하고, 연속 소둔공정의 급냉영역에서 냉각속도를 바르게 하여 마르텐사이트(Martensite)와 페라이트(Ferrite)가 동시에 존재한 복합조직강을 제조하고 있다.
그러나 이 방법의 경우 강화능이 큰 원소인 망간을 다량 첨가하여야 하기 때문에 강판의 제조원가가 매우 커지는 단점이 있을 뿐만 아니라 연속소둔공정의 급 냉영역에서 냉각속도를 매우높게 해야 마르텐사이트가 생성되기 때문에 연속소둔설비에 부가적인 냉각설비가 필요하게 되어 제조원가를 상승시킨다.
그리고 저속의 냉각속도하에서 마르텐사이트를 형성시키기 위하여 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 망간과 함께 복합첨가하는 경우도 있지만, 이 경우 다량의 크롬과 몰리브덴 첨가에 의한 제강에서의 성분 조정이 어렵고 냉연강판의 표면 성질을 나쁘게 할 뿐만 아니라 제조원가를 크게 상승시키는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 자동차 구조부재에 적용되는 냉연 복합조직 강판의 복잡한 공정을 열연 복합조직 강판으로 제조하여 공정을 단축시킴과 아울러, 고강도를 확보하고 가공성 및 도금 특성을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량 %로 탄소: 0.04~0.15, 실리콘: 0.05~0.5%, 망간 : 0.5~1.7% , 알루미늄 : 0.01~0.5%, 브론 : 20ppm 이하, 질소 : 60ppm 이하, 안티몬 : 0.02~0.5% 및 나머지 잔부가 철(Fe) 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성된 강을 이상역 열간 압연 후 냉각하여 권취하고,
권취된 강판을 산세후 합금화 용융 도금 처리한 것을 특징으로 한다.
상기 이상역 열간 압연시 페라이트가 60~95%이고, 마르텐사이트가 5~30%의 분율을 갖도록 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 특징적인 요소인 고강도 합금화 용융 도금 강판은, 중량 %로 탄소: 0.04~0.15%, 실리콘: 0.05~0.5%, 망간 : 0.5~1.7% , 알루미늄 : 0.01~0.5%, 브론 : 20ppm 이하, 질소 : 60ppm 이하, 안티몬 : 0.02~0.5% 및 나머지 잔부가 철(Fe) 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 소입성 합금원소의 투입량을 조절하고 열간압연 공정을 제어함으 로써 고강도를 확보함과 아울러 가공성 및 도금성을 향상시킬 수 있도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 열연 복합조직 강판으로 제조함에 따라 기존 냉연 복합조직 강판에 비해 최종 제품까지의 공정을 단축함과 동시에 고가인 합금원소의 투입량을 줄일 수 있으므로, 제조 원가를 절감시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
본 발명은 고강도와 고성형성의 특성을 갖는 자동차 구조부재용 고강도 합금화 용융 도금 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 중량 %로 탄소: 0.04~0.15%, 실리콘: 0.05~0.5%, 망간 : 0.5~1.7% , 알루미늄 : 0.01~0.5%, 브론 : 20ppm 이하, 질소 : 60ppm 이하, 안티몬 : 0.02~0.5% 및 나머지 Fe 및 불가피하게 첨부되는 불순물로 이루어진 조성을 갖는다.
이러한 조성을 가진 강을 이상역 열간 압연 후 400℃이하로 급냉 후 권취한다. 이 열간 압연된 강판을 산세 후 합금화 용융 아연 도금 처리한 것을 특징으로 하며 이때 20㎛이하의 결정립 크기를 지니는 페라이트가 60%~95%의 분율을 가지며 마르텐사이트는 10㎛이하의 결정립 크기 및 5%~40%의 분율을 가진다 이때 강도는 490~590MPa급의 높은 인장 강도를 지니면서 우수한 연신율, 성형성 및 도금특성을 지니는 것을 특징으로 한다.
여기서는 용융 아연 도금 강판에 대해서 설명하였으나, 다른 용융 도금 방식을 채택할 수도 있다.
본 발명의 화학 성분 및 제조 조건에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소[C]: 0.04~0.15 wt%
탄소(C)원소는, 소재 강도를 확보로서 소량 첨가시 강도 저하 및 오스테나이트가 페라이트로 변태되어 마르텐사이트 분율 확보가 어렵기 때문에 0.04% 이상 첨가한다. 또한 탄소를 과다 첨가시 용접성이 저하되며 강도 증가에 따른 연성 및 스트레치 플렌지성이 저하되므로, 그 상한치를 0.15%로 제한한다.
실리콘[Si]: 0.05~ 1.0 wt%
실리콘(Si)원소는, 고용강화 원소로서 강의 청정화 및 오스테나이트 내의 탄소 농화를 촉진하며 적정 Mn을 첨가하는 강중에서 용접시 용융 금속의 유동성을 좋게하여 용접부내 개재물 잔류를 최대한 감소하는 원소이며 항복비, 강도 및 연신율의 균형을 저해하지 않으면서 강도를 향상하며 페라이트내 탄소의 확산 속도를 느리게 하기 때문에 탄화물 성장을 억제하며 페라이트를 안정화하여 연신율을 향상시킨다. 또한 과다 첨가시 도금성 및 적스케일을 인한 표면 결함을 발생시켜 그 상한치를 1.0%로 제한한다.
망간 [Mn]: 0.5~1.7wt%
망간(Mn) 원소는 고용강화 원소로서, 오스테나이트를 안정화하여 2상역 소둔 온도를 저하시키며 낮은 임계냉각속도에서도 마르텐사이트가 생성되기 쉽게 한다. 소량 첨가시 마르텐사이트를 얻기 위한 빠른 냉각속도 때문에 발생하는 열응력으로 인하여 강판의 형상이 불량해지기 때문에 0.5%이상의 첨가가 필요하다. 또한 과다 첨가시 경화능이 증가하여 가공성이 열악해지며 슬라브 주조시 두께 중심부에서 망간 밴드가 발달하여 굽힘 가공성이 저하되므로 상한치 1.7%이하로 한다.
알루미늄 [Al] : 0.01~0.5 wt%이하
알루미늄(Al) 원소는 탈산제로 주로 사용하는 원소로서, 페라이트 결정립을 안정화 하여 연신율을 향상시키며 도금성을 개선하는 원소이다. 강중의 N과 결합하여 AlN의 석출물 형성으로 조직을 미세화 하며 강중 산소를 제거하여 슬라브 제조시 균열을 방지한다. 소량 첨가시 강중의 산소 함유량이 많아 연성 저하시키기 때문에 0.01이상 첨가한다. 과다 첨가시 탈산 효과가 포효되고 연주시 슬라브 균열을 발생하기 때문에 그 상한치를 0.5%로 제한한다.
인[P] : 0.040이하
인(P)는 고용강화에 의하여 강판의 강성을 높이는 원소이며 , 탄화물 형성의 억제로 고용 탄소의 증대에 의한 잔류 오스테 나이트를 안정화 시키는 역할을 한다. 과다 첨가시 도금 공정에서 합금화도를 저하시키며 용접성 및 국부 연성 열화가 발생하며 입방정 방위의 발달을 촉진하는 동시에 (111)//RD 방위의 발달을 저해하기 때문에 그 첨가량을 0.04이하로 제한하는 것이 바람직하다.
질소[N] : 0.005%이하
질소(N)은 AlN의 형성으로 결정립을 미세화하나 용융아연도금시 아연 도금층 의 합금화 공정에서 냉각시 과포화되어 균일 연신율이 저하되므로 0.005%이하로 제한한다.
황 [S] : 0.006%이하
황(S)은 인성 용접성을 저해하고 MnS 비금속 개재물을 증가시켜 강의 가공중 크랙을 발생하며 과다 첨가시 조대한 개재물을 증가시켜 피로특성을 열화하므로 그 상한치를 0.006%이하로 제한한다.
안티몬 [Sb] : 0.02~0.5 wt%
안티몬(Sb)는 r값에 유리한 집합조직인 (111)//RD 방위의 형성을 촉진함과 동시에 성형성에 나쁜 영향을 미치는 입방정 방위와 회전 입방정 방위의 형성을 억제하며 표면 스케일을 구형화하여 도금 특성을 개선하는 특징을 가지며, 이 효과를 보기 위하여 0.02이상 첨가한다. 그러나 과다 첨가시 열간압연강도를 급격히 증가시키는 단점을 가지므로 0.5이하가 바람직하다.
보론 (B) : 20ppm 이하
보론은 P첨가로 인해 발생할 수 있는 2차가공취성을 방지하기 위해 첨가하지만, 0.002%이상 첨가될 경우 편석에 의한 재질편차가 발생할 수 있다.
상기한 조성을 갖는 본 발명의 제조방법은 다음과 같다.
본 발명상의 강판은 상기한 성분들을 함유하고, 잔부는 실질적으로 철(Fe) 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 구성되며, 강판의 미세조직은 페라이트와 마르텐사이트를 포함한 제 2상으로 구성된다. 자동차 강판의 스팟 용접성 확보를 위해 Ceq는 0.24이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조성을 갖는 슬라브는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 슬라브를 제조한다. 이 슬라브를 가열로를 통해 가열하여 판재를 원하는 두께를 압연하는 열간 압연공정, 권취 공정, 산세공정 및 도금 공정으로 나뉘며 구체적인 제조공정에 아래에 구체적으로 설명한다.
[가열로 공정]
슬라브를 가열하는 공정은 주조시 편석된 성분을 재고용하기 위한 것으로, 재가열 온도는 1200±50℃로 가열한다. 재가열온도가 낮은 경우 편석된 성분이 재고용되지 못하며, 과도하게 높을 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 페라이트 입도가 조대화되면서 강도가 감소하게 된다. 따라서 본 발명강의 경우 1200±50℃ 온도로 가열한다.
[열간 압연 공정]
상기와 같이 제조되는 슬라브는 단상역 및 이상역 온도(Ar1 이상 Ar3 이하 온도)에서 열간 압연을 마무리 한다. 오스테나이트 단상역온도 (Ar3)에서 열간압연 마무리 할 때 50~100℃/sec의 냉각속도로 공냉 유지온도(550~650℃)까지 급냉 하며 이때 공냉 시간은 4~7초 시간을 유지후 100~200℃/sec의 냉각속도로 350℃이하 온도까지 급냉후 권취한다.
또한 이상역에서 열간압연을 마무리 할 때 압하율이 후단부위보다 전단 부위가 더 큰 전단강압 방식에 의하여 압연하면 표면상에 존재하는 압연 잔류 응력 때문에 권취 후 표면부 결정립만 조대화되는 경향이 있기 때문에 본 발명에서는 전단강압 방식과 반대되는 압하 방식인 후단 강압 방식을 이용하여 압연한다.
후단 강압 후 ROT상에서 50℃/초 이상으로 급냉 하여 400℃이하로 권취 한다. 후단 강압 후 급냉의 열간 압연을 실시할 경우 방향성을 띤 집합조직인 γ-fiber ((111)//RD)의 형성을 확보하며 급냉 방식에 의해 방향성을 띤 γ-fiber가 회전하여 입방정 방위가 형성되는 것을 억제함으로써 최종 열연 복합조직강판의 성형성 지수(r값)을 향상시켜 성형성을 향상 시킬 수 있다.
[산세공정]
이상역에서 급냉된 이상복합조직 강판은 열연 복합조직강판은 산세처리 후 재산화 방지를 위하여 오일로 도포한다.
[도금 공정]
산세 처리된 강판을 도금 처리하기 위하여 강판을 400~600℃의 온도로 80~100초로 예열 처리 하는 공정을 거친 후 440~460℃아연 도금욕에 침적하여 460~550℃ 온도로 30~50초로 합금화 도금을 실시하는 것을 특징으로 한다.
표 1에 발명강의 화학 성분을 나타내었다.
하기의 표 1과 같은 합금원소로 조성된 슬라브를 1200±50℃에서 재가열 한 후 이상역에서 후단 강압 방식을 사용해 2.0mm이하로 열간 마무리 압연 한 후 초당 50℃ 이상의 온도로 급냉 한 후 400℃ 이하 온도로 권취하여 열연 복합조직 강을 제조한 것이다. 열연 복합조직 강판을 산세처리 한 후 산세 처리된 강판을 도금 처리하기 위하여 강판을 400~600℃ 의 온도로 80초 예열 처리 하는 공정을 거친 후 460℃아연 도금욕에 침적하여 510℃의 온도로 40초 동안 합금화 용융도금을 실시 한다.
구분 화학 성분 (wt%) Ar1 (℃) Ar3 (℃) MS (℃)
C Si Mn P S Al Sb B(ppm) N(ppm)
1 0.078 0.11 1.54 0.015 0.029 0.035 35 707 848 459
2 0.075 0.31 1.55 0.014 0.028 0.032 34 712 841 460
3 0.080 0.52 1.52 0.015 0.029 0.028 34 719 829 459
4 0.079 0.76 1.51 0.015 0.030 0.028 34 726 819 460
5 0.081 1.20 1.51 0.015 0.028 0.029 36 739 799 459
6 0.081 0.51 1.51 0.015 0.028 0.029 10 32 719 829 459
7 0.079 0.52 1.53 0.014 0.030 0.027 0.01 10 31 719 830 459
8 0.080 0.50 1.51 0.013 0.027 0.032 0.05 10 30 718 830 459
9 0.082 0.49 1.51 0.015 0.028 0.030 0.30 10 39 718 830 458
10 0.078 0.53 1.53 0.015 0.030 0.029 0.60 10 34 719 830 459
구분 열간압연조건 열연재질 강판예열온도(℃) 도금온도(℃) 도금열처리후재질 TS*EI r-value 항복비 도금성 (111)/RD(Vol%) (100)<001>(Vol%) 비고
FDT(℃) CT(℃) 열간하중제어 YS(Mpa) TS(Mpa) EI(%) YS(Mpa) TS(MPa) EI(%)
1-1 780 350 전단강압 435 594 25.9 600 510 395 540 27.0 14580 0.95 0.73 우수 0.34 0.23 비교강
1-2 780 350 후단강압 443 606 25.8 600 510 392 544 26.9 14634 1.13 0.72 우수 0.41 0.21 비교강
2-1 780 350 전단강압 426 617 25.2 600 510 380 551 26.2 14436 0.94 0.69 양호 0.32 0.24 비교강
2-2 780 350 후단강압 434 629 25.5 600 510 381 556 26.6 14790 1.12 0.69 양호 0.40 0.22 비교강
3-1 780 350 전단강압 432 644 25.1 600 510 379 565 26.1 14747 0.91 0.67 양호 0.33 0.26 비교강
3-2 780 350 후단강압 441 657 25.8 600 510 378 568 26.9 15279 1.10 0.67 양호 0.42 0.23 비교강
4-1 780 350 전단강압 430 667 24.9 600 510 377 585 25.9 15152 0.98 0.64 양호 0.31 0.25 비교강
4-2 780 350 후단강압 438 680 24.6 600 510 376 590 25.6 15104 1.08 0.64 양호 0.42 0.21 비교강
5-1 780 350 전단강압 425 694 24.5 600 510 366 598 25.5 15249 1.01 0.61 불량 0.35 0.24 비교강
5-2 780 350 후단강압 433 708 24.3 600 510 367 600 25.3 15180 1.05 0.61 불량 0.45 0.21 비교강
6-1 780 350 전단강압 429 682 24.3 600 510 390 620 25.3 15686 1.11 0.63 불량 0.36 0.22 비교강
6-2 780 350 후단강압 438 696 24.1 600 510 391 623 25.1 15637 1.18 0.63 불량 0.46 0.20 비교강
7-1 780 350 전단강압 441 657 25.2 600 510 389 619 26.2 16218 1.15 0.63 우수 0.41 0.23 발명강
7-2 780 350 후단강압 450 670 25.2 600 510 393 622 26.2 16296 1.28 0.63 우수 0.52 0.19 발명강
8-1 880 350 전단강압 380 610 26.9 600 510 381 590 28.0 16520 1.05 0.65 우수 0.41 0.20 비교강
8-2 880 350 후단강압 388 622 26.8 600 510 380 595 27.9 16601 1.04 0.64 우수 0.45 0.18 비교강
8-3 780 350 전단강압 440 655 26.4 600 510 391 621 27.5 17078 1.28 0.63 우수 0.52 0.19 발명강
8-4 780 350 후단강압 449 668 27.7 600 510 392 625 28.9 18063 1.32 0.63 우수 0.64 0.10 발명강
9-1 780 350 전단강압 444 657 26.1 600 510 390 632 27.2 17190 1.24 0.62 우수 0.50 0.19 발명강
9-2 780 350 후단강압 453 670 26.4 600 510 391 635 27.5 17463 1.30 0.62 양호 0.58 0.15 발명강
10-1 780 350 전단강압 442 656 24.8 600 510 398 638 25.8 16460 0.99 0.62 양호 0.35 0.26 비교강
10-2 780 350 후단강압 451 669 24.2 600 510 399 639 25.2 16103 1.04 0.62 양호 0.40 0.22 비교강
상기 표 2에 나타난 바와 같이 열연 복합조직강을 고온 용융 아연도금시 변태상을 안정화하여 재질 저하를 방지하기 위하여 실리콘 및 보론을 첨가하였으며. 또한 보론 첨가시 그 효과는 더욱 크게 됨을 알 수 있었다. 또한 안티몬(Sb) 첨가량에 따라 (111)//RD 방위 및 (100)<001> 방위의 부피 분율이 변함을 알 수가 있으며 이런 집합조직의 부피분율 변화는 r값에 영향을 미침을 알 수 있다. 따라서 안티몬(Sb) 첨가에 따라 열연 복합조직강의 (111)//RD방위의 부피 분율은 커지며 그에 따라 성형성 평가지수 r 값은 커진다.
또한 이상역 후단 강압시 γ-fiber 방위((111)//RD방위)의 부피 분율은 더욱 커지며 그에 따라 γ값이 향상됨을 알 수 있다.

Claims (3)

  1. 중량 %로 탄소: 0.04~0.15%, 실리콘: 0.05~0.5%, 망간 : 0.5~1.7 , 알루미늄 : 0.01~0.5%, 브론 : 20ppm 이하, 질소 : 60ppm 이하, 안티몬 : 0.02~0.5% 및 나머지 잔부가 철(Fe) 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성된 강을 이상역 열간 압연 후 냉각하여 권취하고,
    권취된 강판을 산세후 합금화 용융 도금 처리한 것을 특징으로 하는 고강도 합금화 용융 도금 강판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상역 열간 압연시 페라이트가 60~95%이고, 마르텐사이트가 5~30%의 분율을 갖도록 제조하는 것을 특징으로 하는 고강도 합금화 용융 도금 강판의 제조방법.
  3. 중량 %로 탄소: 0.04~0.15%, 실리콘: 0.05~0.5%, 망간 : 0.5~1.7 , 알루미늄 : 0.01~0.5%, 브론 : 20ppm 이하, 질소 : 60ppm 이하, 안티몬 : 0.02~0.5% 및 나머지 잔부가 철(Fe) 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 조성된 것을 특징으로 하는 고강도 합금화 용융 도금 강판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101344574B1 (ko) * 2012-01-31 2014-01-22 현대제철 주식회사 열연강판 및 그 제조 방법

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