KR20100060565A

KR20100060565A - 소부경화 특성이 우수한 고강도 강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20100060565A
Application number: KR1020080119198A
Authority: KR
Inventors: 강희재; 손일령; 최창식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-07
Also published as: KR101143086B1

Abstract

본 발명은, 중량%로, C: 0.01~0.2%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 0.5~4.0%, P: 0.001~0.1%, S: 0.001~0.03%, 가용 Al: 0.01~1.0%, N: 0.001~0.03%, Cr: 0.3~1.50%, Sb: 0.005~1.0%, B: 0.0005~0.006%, Ti 및 Nb 중에서 선택된 1종 이상: 0.003~0.08%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 이용하여 소부경화형 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 출구측 온도 840~950℃에서 열간마무리 압연하는 단계, 45~80%의 냉간 압연 압하율로 냉간 압연하는 단계, 740~860℃의 온도 구간에서 연속 소둔하는 단계, 3~100℃/s의 조건을 만족하는 냉각속도(CR)로 250~600℃까지 냉각하는 냉각 단계 및 350~450℃로 과시효 처리하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 C, Si, Cr, B 및 CR 사이에는 11LogCR+20C-30Si+25Cr+9,000B≥25의 관계가 만족될 수 있다.

본 발명에 의하면 기존의 소부경화형 강판을 제조하는 공정에서 성분계를 최적화시키고 미세조직과 공정 조건을 제어함으로써 별도의 설비를 추가하거나 다량의 합금원소를 첨가하지 않아도 우수한 소부경화 특성을 구비하는 강판을 제조할 수 있어 그 적용이 용이하며 경제적이다.

소부경화형 강판, 냉간 압연, 압하율, 연속 소둔, 템퍼드 마르텐사이트

Description

소부경화 특성이 우수한 고강도 강판의 제조방법{Manufacturing Method of High Strength Steel Sheet Having Excellent Bake-Hardenability}

본 발명은 주로 가전제품, 자동차용 등으로 사용되는 소부경화형 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 강판 제조시 냉각방법을 효율적으로 제어함으로써 별도의 장치나 공정을 추가하지 않고 강판의 소부경화 특성을 향상시킬 수 있는 소부경화형 강판의 그 제조방법에 관한 것이다.

근래 자동차를 비롯한 각종 고급 제품에 사용되는 소부경화형 강판은 연비 향상이나 내구성 향상을 위하여 높은 강도가 요구되는 추세이다. 하지만, 통상적으로 강판이 고강도화되면 이를 성형 및 가공하는 것은 어려울 수 밖에 없고, 이러한 모순적인 문제를 해결하기 위하여 가공시에는 우수한 성형성을 갖고 가공 후에는 강도가 높아질 수 있는 개념의 소부경화 특성을 가진 강재들이 개발되어 왔다.

한편 자동차용 강판에 관련된 기술들은 소위 AHSS(Advanced High Strength Steel)와 같은 변태조직강의 형태로 발전해 왔는데, DP(Dual Phase)강, TRIP(Transformation Induced Plasticity)강, CP(Complex Phase)강 등으로 다양하게 나타나고 있다. 이들 강들도 역시 성형성이 요구되는 복잡한 자동차 부품으로 사용되기 위해서는 소부경화 특성이 요구되므로, 보다 높은 강도와 향상된 성형성에 대한 필요성이 점차 증가하고 있는 실정이다.

하지만, 소부경화성을 나타내는 기존의 강판들은 재질편차가 크고 시효경화량이 매우 불규칙한 문제점이 나타나는 경우가 많고, 또한 이러한 특성을 만족시키기 위하여 다량의 합금원소를 첨가함으로 인하여 제조비용의 상승, 자동차 폐차시 재활용이 어려운 문제점 등을 나타내고 있어 문제가 되는 경우가 많다. 따라서, 별도의 장치 및 설비의 추가는 물론, 다량의 합금원소를 첨가하지 않고도 우수한 특성을 나타내는 소부경화형 강판을 제공할 수 있는 방안의 모색이 요구되는 실정이다.

본 발명은, 중량%로, C: 0.01~0.2%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 0.5~4.0%, P: 0.001~0.1%, S: 0.001~0.03%, 가용 Al: 0.01~1.0%, N: 0.001~0.03%, Cr: 0.3~1.50%, Sb: 0.005~1.0%, B: 0.0005~0.006%, Ti 및 Nb 중에서 선택된 1종 이상: 0.003~0.08%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를, 출구측 온도 840~950℃에서 열간마무리 압연하는 단계, 45~80%의 냉간 압연 압하율로 냉간 압연하는 단계, 740~860℃의 온도 구간에서 연속 소둔하는 단계, 3~100℃/s의 조건을 만족하는 냉각속도(CR)로 250~600℃까지 냉각하는 냉각 단계 및 350~450℃로 과시효 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소부경화형 강판의 제조방법을 제공한다. 이 경우, 상기 C, Si, Cr, B 및 CR 사이에는 11LogCR+20C-30Si+25Cr+9,000B≥25의 관계가 만족될 수 있다.

본 발명에서는 Cr, Sb, Ti, Nb 등의 성분계를 조절하여 미세조직 중에 템퍼드 마르텐사이트를 포함시켜 강도 조건을 확보하며, 아울러 제조 공정을 효율적으로 제어함으로써 성형성이 우수하며 아울러 높은 강도를 갖는 소부경화형 강판의 그 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명의 소부경화형 강판 제조에 사용되는 슬라브에 포함되는 성분계에 관하여 보다 상세히 설명한다(이하 성분계의 %는 중량%를 의미함).

C: 0.01~0.2%

C는 강판의 강도를 증가시키고, 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 복합조직을 확보하는 데 필요한 매우 중요한 성분이다. C의 함량이 0.01% 미만이면 본 발 명에서 목표로 하는 강도를 확보할 수 없는 반면, 0.2%를 초과하게 되면 인성 및 용접성이 저하될 가능성이 높아지므로, 그 함량을 0.01~0.2%로 제한한다.

Si: 0.01~1.0%

Si은 강판의 연성을 저하시키지 않으면서 강도를 확보할 수 있는 유용한 원소이다. 또한, 페라이트 형성을 촉진하고 미변태 오스테나이트에 C 농축을 조장하여 마르텐사이트 형성을 촉진하는 기능을 갖는다. Si의 함량이 0.01% 미만인 경우에는 이러한 효과를 얻기 어려우며, 반면에 1.0%를 초과하게 되면 표면 특성 및 용접성이 저하될 가능성이 높아지므로, Si의 함량은 0.01~1.0%로 제한한다.

Mn: 0.5~4.0%

Mn은 고용강화 효과가 매우 큰 원소이며 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 복합조직 형성을 촉진하는 기능을 나타낸다. 따라서, Mn의 함량이 0.5% 미만인 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 강도 확보에 어려움이 있으며, 반면 그 함량이 4.0%를 초과하면 용접성, 열간압연성 등이 저하될 수 있는 문제가 나타나므로 Mn의 함량은 0.5~4.0%로 제한한다.

P: 0.001~0.1%

P은 강도를 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. P의 함량이 0.001% 미만인 경우에는 이러한 효과를 확보할 수 없을 뿐만 아니라, P를 0.001% 미만까지 규제하는 데 막대한 제조비용이 들어갈 수 있으므로 문제가 되며, 반면 P의 함량이 지나치게 과다하면 오히려 프레스 성형성이 열화될 수 있으므로 P의 함량은 0.001~0.1%로 제한한다.

S: 0.001~0.03%

S은 강 중 불순물 원소로서 강판의 연성 및 용접성을 저해하는 원소이므로 0.03%를 넘지 않게 규제한다. 하지만 S를 0.001% 미만까지 규제하는 것은 매우 어려우며 가능하더라도 공정비용의 급격한 상승을 초래할 수 있으므로 S의 함량은 0.001~0.03%로 제한한다.

가용 Al: 0.01~1.0%

가용 Al은 강 중 산소와 결합하는 탈산 원소로 잘 알려져 있으며, Si과 같이 페라이트 내 탄소를 오스테나이트로 분배하여 마르텐사이트 경화능을 향상시키는 기능을 갖는다. 따라서 가용 Al의 함량이 0.01% 미만인 경우 상기 효과를 확보할 수 없다. 하지만, 가용 Al의 함량이 1.0%를 초과하면 이러한 효과는 포화되고, 오히려 제조비용이 증가할 수 있으므로, 본 발명에서는 가용 Al의 함량을 0.01~1.0%로 제한한다.

N: 0.001~0.03%

본 발명에서 N는 오스테나이트를 안정화시키는데 유효한 작용을 하는 성분으 로 그 함량이 0.001% 미만의 경우에는 이러한 효과를 기대하기 어렵다. 하지만, N의 함량이 지나치게 과다하여 0.03%를 초과하면 오스테나이트의 안정화 효과는 더 이상 증가하지 않으며, 오히려 용접성 및 제조 비용의 상승을 초래할 수 있다. 따라서 본 발명에서 N의 함량은 0.001~0.03%로 제한한다.

Cr: 0.3~1.50%

강 중 Cr은 강의 경화능을 향상시키고 고강도를 확보하는데 필요한 성분이며, 본 발명에서는 베이나이트 조직의 형성을 촉진하는 원소로서 중요한 역할을 한다. 따라서 Cr의 함량이 0.3% 미만인 경우 이러한 효과를 확보하기 어렵지만, 반면 Cr의 함량이 1.50%를 초과하면 그 효과는 포화되고 오히려 비용이 상승하게 되므로 Cr의 함량은 0.3~1.50%로 제한한다

Sb: 0.005~1.0%

Sb는 본 발명에서 매우 중요한 성분으로서, 우수한 도금특성을 확보하기 위하여 첨가하는 필수적인 성분이다. Sb는 MnO, SiO₂, Al₂O₃ 등의 산화물에 대한 표면 농화를 억제하여 표면 결함을 저하시키며, 온도 상승 및 열연 공정 변화로 발생할 수 있는 표면 농화물의 조대화를 억제하는데 탁월한 효과가 있다. 따라서 본 발명에서는 Sb를0.005% 이상 포함한다. 하지만, Sb의 첨가량이 1.0%를 초과하면 이러한 효과는 크게 증가하지 않을 뿐만 아니라 제조비용의 상승이나 가공성 열화와 같은 문제들이 나타날 수 있는바, Sb의 함량은 0.005~1.0%로 제한한다.

B: 0.0005~0.006%

강 중 B은 소둔 중 냉각하는 과정에서 오스테나이트가 펄라이트로 변태되는 것을 지연시키는 성분으로, 본 발명에서는 페라이트 형성을 억제하고 베이나이트의 형성을 촉진하는데 도움을 주므로 0.0005% 이상을 첨가한다. 하지만, B의 함량이 0.0060%를 초과하면 표면에 과다한 B이 농화되어 도금밀착성이 저하될 수 있으므로 그 함량을 0.0005~0.006%로 한정한다.

Ti 및 Nb 중에서 선택된 1종 이상: 0.003~0.08%

강 중 Ti와 Nb은 강판의 강도 상승 및 입경 미세화에 유효한 원소로 작용한다. 상기 Ti 및 Nb 중에서 선택된 1종 이상의 함량이 0.003% 미만의 경우에는 이와 같은 효과를 확보하기 어렵고, 반면 그 함량이 지나치게 과다하여 0.08%를 초과하게 되면 제조비용 상승 및 과다한 석출물의 형성으로 인하여 연성이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 그 함량을 0.003~0.08%로 제한한다.

이러한 성분계에 의하여 본 발명의 강판은 열처리 전후의 항복강도 차이가 60MPa 이상인 높은 소부경화성을 갖게 된다.

이하 본 발명의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

열간마무리 압연 출구측 온도: 840~950℃

상술한 합금성분을 포함하는 슬라브를 재가열 후, 열간마무리 압연을 실시하는 경우, 본 발명에서는 열간마무리 압연 출구측 온도를 840~950℃로 제한한다. 열간마무리 압연 출구측 온도가 840℃ 미만인 경우에는 열간 변형 저항이 급격히 증가할 수 있어 제조상 문제가 발생할 수 있으며, 반면 950℃를 초과하는 조건에서는 두꺼운 산화 스케일이 발생할 뿐만 아니라, 강판 내부 조직이 조대화될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 열간마무리 압연 출구측 온도를 840~950℃로 제한한다.

냉간 압연 압하율: 45~80%

열간마무리 압연이 가해진 열연강판에 대하여 본 발명에서는 45~80%의 압하율로 냉간 압연을 실시한다. 냉간 압연의 압하율이 45% 미만인 경우에는 재결정 구동력이 약화되어 양호한 재결정립을 얻는데 문제가 발생할 수 있으며, 반면 냉간 압연의 압하율이 80%를 초과하는 경우에는 압연 하중이 급격히 증가하여 설비에 지나친 부담을 줄 수 있으므로, 본 발명에서는 냉간 압연의 압하율을 45~80%로 제한한다.

냉각조건 1: 3~100℃/s

냉각조건 2:11LogCR+20C-30Si+25Cr+9,000B≥25

냉간 압연이 실시된 냉간 압연 강판을 740~860℃의 온도 구간에서 연속소둔을 실시한 후, 3~100℃/s의 범위에서 냉각한다. 이 경우, 성분계 원소 중 C, Si, Cr, B와 냉각속도(CR, Cooling Rate) 사이에는 하기 식 1을 만족하도록 조절할 수 있으며, 250~600℃의 온도까지 연속적으로 냉각시킨다.

[식 1]

연속소둔의 온도가 740℃ 미만에서는 조직에 미재결정립이 생길 위험성이 커지며, 반면 860℃를 초과하는 온도에서는 거대립 형성과 함께 고온 소둔 조업으로 인해 통판성이 불량하게 되므로 연속소둔의 온도는 740~860℃로 조절한다.

또한, 냉각속도가 3℃/s 미만으로 낮으면, 저온냉각 조직의 형성이 더디고 페라이트 또는 퍼얼라이트가 다량 형성되어 강도가 너무 낮아지게 되며, 또한 100℃/s를 초과하는 높은 냉각속도에서는 마르텐사이트와 같은 경질의 저온냉각 조직이 과다하게 형성되어 프레스 성형성이 열화될 뿐 만 아니라, 조업시 형상 불량에 의한 통판성 저하가 나타날 수가 있다. 또한, 상기 식 1의 값이 25 미만인 경우에는 본 발명강에서 소부경화성을 상승시켜주는 높은 전위밀도를 얻기가 어렵기 때문에, 본 발명에서는 냉각속도를 이와 같이 조절한다.

냉각종료: 250~600℃

나아가 냉각 종료온도는 250~600℃로 한정하는데, 냉각 종료온도가 250℃ 미만이면 조직 내에 마르텐사이트가 다량 생길 수 있으며, 반면 600℃를 초과하는 경우는 페라이트 또는 퍼얼라이트 등의 연질상이 다량 형성되어 강도가 저하되기 때문이다

과시효 처리: 350~450℃

마지막으로 소둔 및 냉각 과정을 거친 강판은 350~450℃의 온도로 재가열하여 과시효 처리를 실시함으로써 소부경화형 강판을 제조할 수 있게 된다. 상기 시효 처리는 템퍼드 마르텐사이트(Tempered Martensite) 상을 형성하기 위한 것으로, 그 재가열 온도가 350℃ 미만인 경우에는 템퍼링 효과가 잘 나타나지 않고, 반면 450℃를 초과하면 과도한 템퍼링으로 강도가 크게 감소할 수 있기 때문에 이같이 온도를 한정한다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 조성을 갖는 각 슬라브를 1200℃의 온도로 가열하여 추출한 후 마무리압연 온도 890℃의 조건으로 열간압연하여 제조한 열연강판을 제조하였다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Ti	Nb	Cr	B	Sb
발명강 1	0.0 7	0.15	2.2	0.01 5	0.00 3	0.05	0.00 4	0.02 5	0.05 5	0.7	0.00 23	0.03
발명강 2	0.0 3	0.12	1.6	0.01	0.00 4	0.04	0.00 2	0.00 5	-	0.2	0.00 13	0.02
발명강 3	0.0 85	0.05	1.85	0.01	0.00 3	0.03 5	0.00 3	0.01	0.01	0.3	0.00 05	0.02
발명강 4	0.0 6	0.1	2.3	0.02	0.00 3	0.02 3	0.00 3	-	0.01	0.12	0.00 08	0.02
발명강 5	0.0 5	0.05	2.1	0.00 7	0.00 3	0.22	0.00 3	0.01 5	0.04 5	0.5	0.00 13	0.02
발명강 6	0.1 5	0.1	2.7	0.00 5	0.00 3	0.05 2	0.00 3	0.04	-	1	0.00 21	0.03
발명강 7	0.0 8	0.5	2.1	0.00 9	0.00 3	0.35	0.00 7	0.02	0.03	0.8	0.00 32	0.04
비교강 1	0.0 3	0.12	1.6	0.01	0.00 4	0.04	0.00 2	0.00 5	-	-	0.00 1	-
비교강 2	0.0 85	0.05	1.85	0.01	0.00 3	0.03 5	0.00 3	0.01	0.01	-	0.00 1	-
비교강 3	0.0 6	0.1	2.3	0.02	0.00 3	0.02 3	0.00 3	-	0.01	-	0.00 1	-

그리고 제조된 열연강판에 대하여 50%의 냉간압하율로 압연을 실시하고, 하기 표 2의 소둔 조건으로 연속소둔 열처리를 실시하여 각각의 제품을 제조하였다.

참고로 하기 표 2에서 발명예 1~7은 상기 표 1의 발명강 1~7을 이용한 것이며, 비교예 1~3은 비교강 1~3을 이용하여 제조한 것이다. 그리고 비교예 4는 표 1의 발명강 2를, 비교예 5는 발명강 4를 이용하여 제조한 것이다.

강종	연속소둔온도(℃)	냉각속도(℃/s)	재가열 온도(℃)
발명예 1	830	20	370
발명예 2	830	45	390
발명예 3	845	30	380
발명예 4	850	35	430
발명예 5	810	25	420
발명예 6	815	20	400
발명예 7	825	10	390
비교예 1	810	30	-
비교예 2	810	30	-
비교예 3	810	30	-
비교예 4	830	10	390
비교예 5	850	20	430

그리고 각 발명강 및 비교강의 성질(인장강도, 소부경화성-BH)을 측정하고 그 결과를 비교강과 함께 하기 표 3에 나타내었다.

강종	식 1 계산값*	인장강도 (MPa)	BH (Mpa) (소부경화성**)	비고
발명예 1	49.4	870	79	발명강
발명예 2	31.9	520	65
발명예 3	28.4	645	65
발명예 4	25.4	830	60
발명예 5	39.1	780	85
발명예 6	58.2	1260	120
발명예 7	46.4	870	70
비교예 1	22.2	510	35	비교강
비교예 2	25.4	623	33
비교예 3	23.4	835	40
비교예 4	24.7	510	38
비교예 5	22.7	825	35

* 식 1의 계산된 값이 25와 같거나 더 큰 경우 본 발명의 제조조건 만족

** 소부경화성은 인장시편을 2% pre-strain후 170℃에서 20분간 열처리 후, 열처리 전후의 항복강도 차이를 구함

상기 표 3에 나타난 실험 결과를 살펴보면, 발명예 1~7은 본 발명의 성분계 조건 및 제조조건, 특히 냉각조건을 만족하고 있어 식 1의 계산값이 25를 초과하며 이에 따른 소부경화특성이 우수함을 알 수 있다.

이에 반하여, 상기 비교예 1 및 3은 성분계와 제조방법이 모두 본 발명의 조건에서 벗어나서 충분한 소부경화성을 나타내고 있지 않으며, 비교예 2는 식 1의 계산값은 25를 초과하여 본 발명의 조건에 부합하나 성분계가 불일치하여 소부경화성이 좋지 않음을 알 수 있다.

나아가 비교예 4 및 5는 본 발명의 성분계는 만족하지만, 냉각 조건이 불일치하여 식 1의 값이 25보다 작은 값을 나타내고 있어 소부경화성이 좋지 않음을 알 수 있다.

본 실시예에서 알 수 있듯이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 발명강들로 박강판을 제조하는 경우, 기존의 비교재에 비해 소부경화성이 우수한 고강도 강판을 용이하게 제조할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.01~0.2%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 0.5~4.0%, P: 0.001~0.1%, S: 0.001~0.03%, 가용 Al: 0.01~1.0%, N: 0.001~0.03%, Cr: 0.3~1.50%, Sb: 0.005~1.0%, B: 0.0005~0.006%, Ti 및 Nb 중에서 선택된 1종 이상: 0.003~0.08%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를,

출구측 온도 840~950℃에서 열간마무리 압연하는 단계;

45~80%의 냉간 압연 압하율로 냉간 압연하는 단계;

740~860℃의 온도 구간에서 연속 소둔하는 단계;

3~100℃/s의 냉각속도(CR)로 250~600℃까지 냉각하는 냉각 단계; 및

350~450℃로 과시효 처리하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 소부경화형 강판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 소부경화형 강판은 60MPa 이상의 소부경화성(BH)을 갖는 것을 특징으로 하는 소부경화형 강판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 C, Si, Cr, B 및 냉각 속도(CR) 사이에는 11LogCR+20C-30Si+25Cr+9,000B≥25의 관계가 만족하는 것을 특징으로 하는 소부경 화형 강판의 제조방법.