KR20120033010A

KR20120033010A - 도금특성과 내2차가공취성이 우수한 상소둔 방식 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120033010A
Application number: KR1020100094592A
Authority: KR
Inventors: 나광수; 김성주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-06
Also published as: KR101185337B1

Abstract

본 발명은 도금특성과 내2차 가공취성이 우수한 상소둔 방식 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 탄소(C) : 0.004 ~ 0.02 중량%, 망간(Mn): 0.01 ~ 0.5 중량%, 황(S): 0.005 ~ 0.01 중량%, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.1 중량%, 질소(N): 0.004 ~ 0.01 중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.05 중량%, 티타늄(Ti): 0.04 ~ 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu): 0.3 ~ 0.5 중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 3 ~ 4시간 유지하는 재가열 단계와, 재가열된 상기 강 슬라브를 Ar3점 이상 Ar3+100℃ 이하에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계와, 상기 열연강판을 600℃ 이하로 냉각한 후 권취하는 단계 및 권취된 상기 열연강판을 냉간 압연한 후 600 ~ 750℃의 온도에서 소둔 하는 단계를 이용함으로써, 공정시간을 단축시키면서도, 표면이 미려하고 가공 특성이 우수한 고강도 냉연 강판을 제공할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

도금특성과 내2차가공취성이 우수한 상소둔 방식 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법{BATCH ANNEALING FURNACE TYPE COLD ROLLED STEEL PLATE HAVING GOOD SURFACE QUALITY AND GOOD FORMABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 도금특성과 내2차 가공취성이 우수한 상소둔 방식 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면품질 및 성형성이 우수한 상소둔(Batch Annealing Furnace; BAF) 방식의 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어 자동차 업계의 연구 관심은 환경오염과 경량화에 집중되고 있다. 또한, 자동차 디자인이 복잡해지고 소비자의 욕구가 다양화됨에 따라 가공성과 성형성이 우수한 강판이 요구되고 있다.

자동차의 외판재로 사용되는 냉연강판의 경우에는 내덴트(dent)성, 형상동결성 및 프레스 가공성 등의 다양한 특성이 요구되고, 내판재로 사용되는 냉연강판의 경우에는 복잡한 형상의 제조가 필요하므로 고성형성이 요구된다.

특히, 자동차용 내판재로서 사용되는 냉연강판은 고성형성 이외에도 복잡한 형상을 성형할 수 있는 가공성, 우수한 도금성 및 내시효 특성 등이 요구된다.

본 발명은 탄소(C) 함량을 0.005 ~ 0.01 중량%로 조절함으로써, 탈탄 시간을 감소시킬 수 있도록 하고, 도금성을 악화시키는 망간(Mn) 및 실리콘(Si)의 함량을 낮추고, 2차 가공취성을 악화시키는 인(P)의 함량을 극소화 하는 냉연 강판 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

아울러, 본 발명은 상기 망간(Mn), 실리콘(Si) 및 인(P)의 합금 원소 함량 감소에 따른 강도 저하는 구리(Cu)를 첨가함으로써, 보강이 될 수 있도록 하는 고강도 냉연 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

아울러, 본 발명은 상술한 조성 및 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)은 합산 중량으로 0.32 ~ 0.66 중량%로 조절하고, 600℃ 이하의 온도에서 권취하고, 냉간 압하율 50 ~ 80% 및 600 ~ 750℃의 조건에서 소둔 열처리를 수행함으로써, 우수한 표면특성을 필요로 하는 가전이나 자동차용 강판에 적합한 표면품질을 확보하는데 유리하며, 표면이 더 미려한 고강도 냉연 강판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.004 ~ 0.02 중량%, 망간(Mn): 0.01 ~ 0.5 중량%, 황(S): 0.005 ~ 0.01 중량%, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.1 중량%, 질소(N): 0.004 ~ 0.01 중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.05 중량%, 티타늄(Ti): 0.04 ~ 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu): 0.3 ~ 0.5 중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 3 ~ 4시간 유지하는 재가열 단계와, (b) 재가열된 상기 강 슬라브를 Ar3점 이상 Ar3+100℃ 이하에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계와, (c) 상기 열연강판을 600℃ 이하로 냉각한 후 권취하는 단계 및 (d) 권취된 상기 열연강판을 냉간 압연한 후 600 ~ 750℃의 온도에서 소둔 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 (a) 단계의 상기 강슬라브는 탄소(C): 0.005 ~ 0.01 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하고, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.05 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.1 중량% 및 주석(Sn): 0.002 ~ 0.01 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)은 합산 중량으로 0.32 ~ 0.66 중량%인 것을 특징으로 한다.

다음으로, 상기 (c) 단계의 상기 열연강판은 20 ~ 50℃/sec의 냉각속도로 600℃ 이하로 냉각한 후 권취하는 것을 특징으로 한다.

그 다음으로, 상기 (d) 단계의 상기 냉간 압연은 50 ~ 80%의 압하율로 수행하는 것을 특징으로 하고, NbC 석출물 및 AlN 석출물의 평균 입경이 0.1㎛이하가 되도록 수행하고, 미세 FCC-Cu 석출물이 형성되도록 수행하고, 30 ~ 35시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 상소둔 방식의 고강도 냉연강판은 탄소(C) : 0.004 ~ 0.02 중량%, 망간(Mn): 0.01 ~ 0.5 중량%, 황(S): 0.005 ~ 0.01 중량%, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.1 중량%, 질소(N): 0.004 ~ 0.01 중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.05 중량%, 티타늄(Ti): 0.04 ~ 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu): 0.3 ~ 0.5 중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 탄소(C)는 그 함량이 0.005 ~ 0.01 중량%이고, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.05 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.1 중량% 및 주석(Sn): 0.002 ~ 0.01 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 연속소둔라인 방식에서 상소둔 방식으로 변경함으로써, 소둔과정에서 발생할 수 있는 롤에 의한 강판 표면의 긁힘이나 이물의 혼입을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 우수한 표면특성을 필요로 하는 가전이나 자동차용 강판에 적합한 표면품질을 확보하는데 유리하며, 표면이 더 미려한 강판을 형성할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 합금 성분내에 P함량을 낮춤으로써, DBTT온도를 감소시킬 수 있고, 2차가공취성의 발생정도를 감소시켜, 가공 후에 발생할 수 있은 크랙이나 취성파괴를 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제품의 파손을 방지하고 그 수명을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.

아울러, 본 발명은 탄소(C) 함량을 0.005 ~ 0.01 중량%로 조절함으로서, 기존에 0.005 중량% 미만의 극저 탄소강을 제조하기 위하여 복잡하게 탈탄 공정을 수행하던 과정을 생략할 수 있다. 따라서, 고강도 냉연강판 제조 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 공정 흐름도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 도금특성과 내2차 가공취성이 우수한 상소둔 방식 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 자동차, 가전제품 등의 소재로 사용되는 고성형성 냉연강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BAF(상소둔열처리, Batch Annealing Furnace) 방식을 이용하여 소둔하는 방법에 관한 것이다.

기존의 자동차 부품 소재로 사용되는 고성형성 강판은 강도와 성형성의 확보를 위해 내시효성과 우수한 표면품질이 요구되었다. 시효는 시간이 경과하면서 침입형 고용원소인 탄소(C)와 질소(N)가 전위에 고착함에 따라 경화가 일어나면서 스트레쳐 스트레인(Stretcher Strain)이라는 결함을 일으키는 일종의 변형시효현상이다.

일반적으로 이를 방지하기 위하여 탄소(C)함량을 0.004 중량% 미만으로 최대한 낮춘 극저탄소강에 티타늄(Ti) 및 니오븀(Nb)과 같은 강력한 탄, 질화물 형성원소를 첨가하여 연속 소둔하는 IF(Interstitial Free Steel)강을 주로 이용하고 있다. 상기 IF강은 고용탄소나 고용질소를 완전히 제거하여 내시효성을 확보하게 되었다.

그러나, 내시효성 확보후 IF강의 강도는 감소되고, 이와 같은 문제를 해결하고자 IF강에 망간(Mn), 실리콘(Si) 및 인(P)의 합금원소를 첨가하여 IF강의 고강도화를 도모하게 되었다.

특히, 종래의 IF강의 고강도화 방안은 티타늄(Ti)첨가 IF강에서 인(P)을 0.04 ~ 0.12 중량% 첨가하여 강도를 확보하고 있거나, 임(P)의 함량을 낮추면서 망간(Mn), 규소(Si)의 고용강화원소를 함께 이용하여 강도를 확보하고 있다.

그러나 IF강에 망간(Mn)과 실리콘(Si)을 다량 첨가하면 망간(Mn)과 실리콘(Si)이 IF강 내에 완전히 고용되지 못하고 고온에서 결정립계를 타고 표면으로 농화되므로, IF강 표면에 산화망간(MnO₂) 및 산화규소(SiO₂)의 산화물층이 우선적으로 형성 된다.

이와 같이, IF강 표면에 산화물층이 형성되면 표면품질이 악화 되며, 또한 니오븀(Nb)이 첨가된 IF강에서는 망간(Mn)의 함량이 증가할수록 열연인장강도가 증가하여, 냉간압연시 압연하중을 증가시켜 압연롤의 마모가 심해지는 원인이 되기도 한다.

또한, IF강에 인(P)을 다량 첨가하면 강중에 균일하게 분포되어 있을 경우 문제가 되지 않지만, 보통 Fe₃P의 화합물을 형성하므로 연속주조시에 슬라브에 결함으로 발생하기도 하며, IF강의 용접성을 저하시키고, 최종 냉연 강판에서는 결정립계로의 편석으로 인해 2차가공시 취성을 촉진하게 된다.

이와 같이, IF강에 망간(Mn), 실리콘(Si) 및 인(P)의 합금원소를 다량 첨가하는 것은 IF강의 표면품질 및 가공성을 저해하는 요인이 되므로, 이를 방지하기 위하여 망간(Mn), 실리콘(Si) 및 인(P)의 합금원소의 첨가량을 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이 경우 IF강의 강도저하를 수반하게 되므로, 이에 대한 개선책이 필요하다.

따라서, 본 발명에서는 탄소(C) 함량을 0.004 ~ 0.02 중량%로 조절하고, 구리(Cu) 석출물을 유도하여 340MPa 급의 고강도 냉연 강판을 제조하되, 도금특성과 내2차 가공취성이 극대화 될 수 있도록, 상소둔 방식으로 고강도 냉연강판을 제조하는 방법을 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도금성 악화시키는 망간(Mn) 및 실리콘(Si)과 용접성, 2차가공취성을 악화시키는 인(P)의 합금원소의 함량을 낮추어 고성형강판의 도금특성을 향상시켰다.

그리고, 망간(Mn), 실리콘(Si) 및 인(P)의 합금원소의 함량을 낮춤에 의해 발생되는 고성형강판의 강도저하는 구리(Cu)를 첨가하여 보강 될 수 있도록 하였다.

즉, 열간압연, 냉간압연 및 상소둔 과정을 통해 결정립 내부에 NbC석출물이 미세하게 석출되도록 함으로써, 고강도가 확보되도록 하였다.

여기서, 구리(Cu) 성분은 저융점 금속으로써, 주조시에 결정립계에 우선적으로 농화됨으로써, 인(P)의 편석을 방지할 수 있다.

또한, 상기원소의 첨가로 인해 2차가공취성을 야기시키는 인(P)의 첨가량을 감소시킬 수 있어, 2차가공취성에 대한 저항성을 향상시키는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따른 전기로 생산방식의 경우 스크랩에 상기 성분이 유해 성분(tramp elements)으로 포함되어 있어 추가로 합금원소를 첨가해 줄 필요가 없다.

따라서, 본 발명에 따른 합금 원소 조성을 이용하면 제조원가를 절감하면서도 내2차가공취성 및 도금특성 향상과 고강도를 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다.

이와 같은 본 발명의 합금 조성 범위를 살펴보면 다음과 같다.

탄소(C) : 0.004 ~ 0.02 중량%, 망간(Mn): 0.01 ~ 0.5 중량%, 황(S): 0.005 ~ 0.01 중량%, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.1 중량%, 질소(N): 0.004 ~ 0.01 중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.05 중량%, 티타늄(Ti): 0.04 ~ 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu): 0.3 ~ 0.5 중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 상기 본 발명에 따른 고강도 냉연강판의 조성범위에 대하여 구체적으로 설명한다.

탄소(C)

탄소는 강에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소이다. 상기 탄소는 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우에는 고용탄소가 내시효성을 크게 악화시킨다. 따라서, 상기 고용탄소를 제거하기 위해 고가의 니오븀(Nb)을 더 많이 첨가해야 한다.

그러나, 니오븀(Nb)을 더 많이 첨가할 경우 제조원가가 상승하고 재결정온도가 높아진다. 재결정 온도가 높아지면 소둔온도를 높여야 하며, 그렇지 않을 경우 소둔된 강판의 결정립이 미세하게 되어 연성이 크게 낮아지게 되는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명에 따른 탄소(C)의 함량은 0.02 중량%이하인 것이 바람직하다.

아울러, 보다 바람직한 상기 탄소(C)의 함량은 0.004 중량%이상이다. 왜냐하면 탄소(C)의 함량이 0.004 중량%미만의 경우에는 NbC석출물의 양이 줄어들게 된다. 따라서, 별도의 고용강화 원소를 더 첨가해야 하므로 제조원가가 상승하고, 도금특성이나 2차가공취성이 저하될 우려가 있다.

아울러, 열연 강판의 결정립이 쉽게 조대화됨에 의해 강도가 낮아지고 면내이방성이 높아지질 우려가 있다. 또한, 탄소의 함량을 지나치게 낮추기 위해서는 탈탄 공정을 과도하게 수행하여야 하므로, 탈탄을 위한 비용 및 시간이 증가된다.

따라서, 본 발명에 따른 탄소(C)의 함량 범위는 냉연 강판 전체 중량의 0.004 ~ 0.02 중량%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 탈탄 공정의 비용 및 시간을 더 최적화 하기 위하여, 탄소(C)의 함량을 0.005 ~ 0.01 중량%로 제어하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)

본 발명에서 망간(Mn)은 고용강화 원소로써 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도확보에 효과적인 원소이다.

특히, 본 발명에서의 망간(Mn)은 상술된 실리콘(Si)과 함께 일정 범위 내의 함량비 조합을 통해 강재의 고용강화 효과에 기여하는 역할을 담당한다.

따라서, 망간(Mn)이 0.01 중량% 미만으로 첨가될 경우 망간(Mn) 첨가에 따른 고용강화 효과 및 경화능 향상 효과가 불충분하다.

반대로, 망간(Mn)이 0.5 중량%를 초과할 경우 용접성 등 내2차 가공취성을 크게 떨어뜨리는 문제점이 있을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 망간(Mn)의 함량은 냉연 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.5 중량%가 바람직하다.

황(S)

황(S)은 망간(Mn)과 반응하여 미세한 MnS의 석출물을 형성한다. 이러한 황의 함량이 0.05 중량% 미만의 경우에는 상기한 석출물의 석출량이 적을 뿐만 아니라 석출되는 석출물의 숫자가 매우 적다. 따라서, 상기 황의 함량은 0.05 중량% 이상인 것이 바람직하다.

그러나, 본 발명에서는 망간(Mn)의 함량이 적으므로 황의 함량이 0.01 중량%를 초과의 경우에는 고용된 황의 함량이 증가하여, 연성 및 성형성이 크게 낮아지며, 적열취성의 우려가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 황의 함량은 냉연 강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.01 중량% 인 것이 바람직하다.

알루미늄(Al)

알루미늄은 질소(N)와 반응하여 미세한 AlN 석출물을 형성하여 결정립 미세화와 더불어 석출 강화에 의한 강도 향상 효과를 가질 수 있다.

알루미늄의 함량이 0.01 중량% 미만의 경우에는 AlN 석출물의 양이 줄어들어 충분히 강도를 확보할 수 없다. 따라서, 상기 알루미늄의 함량은 0.01 중량% 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 알루미늄의 함량이 0.1 중량%를 초과하는 경우에는 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨리며 항복강도가 지나치게 상승할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 알루미늄의 함량은 냉연 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.1 중량%인 것이 바람직하다.

질소(N)

본 발명에서 질소(N)는 상술된 티타늄(Ti)늄과 같이 탄화물을 석출하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.

이때, AlN 및 TiN을 생성시킴으로 인해 석출 강화에 효과가 생기게 된다.

다만, 질소(N)가 0.004 중량% 미만으로 첨가될 경우 질소(N) 첨가에 따른 석출강화 효과가 불충분하다.

반대로, 질소(N)가 0.01 중량%를 초과할 경우 고용 질소(N)가 증가하여 제조되는 구조용 강재의 성형성 등을 저하시킨다.

따라서, 질소의 함량은 본 발명에 따른 냉연 강판 전체 중량의 0.004 ~ 0.01 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

인(P)

인(P)은 제조되는 강재의 강도를 증가시키기 위해 첨가된다. 인(P)은 고용강화효과가 높으면서 r값의 저하가 적은 원소이다. 본 발명에 따라 석출물을 제어하는 강에서 고강도를 보증한다.

일반적인 연질 냉연강판의 경우 인(P)의 함량은 0.015 중량%이하로 하는 것이 좋지만 함량을 극소화 하는 것은 현실적으로 어렵다.

그리고, IF 고강도강에서는 강도향상을 위해 0.05 ~ 0.2 중량%의 인(P)을 첨가하나, 본 발명에 따른 상기 인의 함량은 냉연 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.05 중량% 인 것이 바람직하다.

인(P)의 함량이 0.01 중량% 미만이면 강도확보가 어려우며, 반대로 인(P)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 2차가공취성이 발생할 수 있다.

티타늄(Ti)

티타늄은 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 가공성 향상을 목적으로 첨가하는데, TiC, TiN 등으로 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 비시효성과 가공성을 확보한다. 티타늄은 니오븀보다 강한 탄질화물 형성 원소로서 고용탄소와 고용질소를 석출시킨다.

이러한 티타늄은 그 첨가량이 0.04 중량% 미만의 경우, 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 질소로 인해 시효경화가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 티타늄의 함량은 0.04 중량% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 티타늄은 그 첨가량이 0.1 중량%를 초과의 경우, 제조원가가 상승하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 티타늄의 함량은 냉연 강판 전체 중량의 0.04 ~ 0.1 중량%인 것이 바람직하다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 강 중에 Nb(C, N), (Ti, Nb)(C, N), (Nb, V)(C, N) 형태의 석출 또는 Fe 내 고용 강화를 통하여 제조되는 구조용 강재의 강도를 향상시킨다.

특히, 니오븀(Nb)계 석출물들은 슬라브 재가열이 이루어지는 1150℃ 이상의 가열로에서 고용된 후 열간압연 과정에서 미세하게 석출되어 강의 강도를 효과적으로 증가시킨다.

니오븀(Nb)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우, 상기의 니오븀(Nb) 첨가에 따른 강도 향상 효과가 불충분하며, 반대로 니오븀(Nb)의 함량이 0.15 중량%를 초과할 경우 제조비용의 상승을 초래하며, Nb가 고용되면서 r값을 저하시키고 항복강도가 증가하여 성형성을 약화시킨다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 니오븀(Nb)은 냉연 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.15 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 인성의 개선과 강도의 상승에 유효할 뿐만 아니라, 미세 석출물을 조장하여 강도 상승에 기여한다.

이러한 구리(Cu)는 상술한 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강재의 고용강화 효과에 기여하는 역할을 담당하고 구조용 강재에 고강도의 기계적 물성을 확보하는 데 도움을 준다.

다만, 구리(Cu)의 함량이 0.5 중량%를 초과하여 첨가될 경우 적열취성이 발생하여 표면결함을 유발시킬 수 있다.

또한, 반대로 구리(Cu)의 함량이 0.3 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 미세한 FCC-Cu 석출물이 형성되지 않아 강재의 인성의 개선과 강도의 상승효과가 미흡해질 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 구리(Cu)의 함량은 냉연 강판 전체 중량의 0.3 ~ 0.5 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명에서는 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.05 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.1 중량% 및 주석(Sn): 0.002 ~ 0.01 중량%를 더 포함하되, 상기 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)의 합산 중량으로 0.32 ~ 0.66 중량%가 첨가되도록 하여, 본 발명의 도금 특성 및 내2차 가공 취성을 향상시킬 수 있다.

니켈(Ni)

본 발명에서는 니켈(Ni)의 고용강화효과를 위해 0.01 중량%이상 첨가되어야 하며, r값 및 연신률의 감소를 방지하기 위하여 0.05 중량%이하가 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

크롬(Cr)

본 발명에 따른 크롬(Cr)은 고용강화효과가 높으면서 2차가공취성온도를 낮추며 크롬(Cr)탄화물에 의해 시효지수를 낮추는 원소로서, 본 발명에 따라 석출물을 제어하는 강에서 고강도를 보증하며 면내이방성 지수도 낮게 한다.

따라서, 본 발명에 따른 크롬(Cr)의 함량이 0.01 중량%이상 되어야 강도를 확보할 수 있으며, 0.1 중량%를 초과할 경우에는 연성이 저하한다.

주석(Sn)

본 발명에 따른 주석(Sn)은 고용강화효과가 높으나 r값 및 연신율의 감소때문에 0.01 중량%이하의 첨가량을 가져야 하며, 일정강도 상승을 위해 0.002 중량% 이상의 첨가량을 갖는다.

따라서, 상기 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)의 합산 중량으로 0.32 중량% 미만일 경우에는 본 발명에 따른 강도를 확보할 수 없으며, 0.66 중량%가 초과하는 경우에는 도금특성이 저하되고, 내2차 가공 취성이 열화될 수 있다.

본 발명은 상기한 조성을 만족하는 강을 이용하여, 열간압연과 냉간압연을 수행하고, 그 결과로 형성된 냉간압연판을 상소둔(Batch Annealing Furnace; BAF) 하여, NbC와 AlN석출물을 형성한다.

이때, 석출물들의 평균크기가 0.1㎛ 이하를 만족하도록 하는데, 특히 냉간압연판에서 NbC석출물과 AlN석출물의 평균 크기는 성분설계와 함께 재가열온도, 권취온도 등의 제조공정에 영향을 받으나 특히 열간압연 후의 냉각속도에 직접적인 영향을 받고 있으므로, 이를 다음과 같이 제어하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 1을 참조하여 냉연강판의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 재가열 단계(S110)에서는 상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 Ac3점 이상의 온도에서 3 ~ 4시간 재가열한다. 상기 재가열 온도가 Ac3점 미만인 경우 연속주조 중에 생성된 조대한 석출물들이 완전히 용해되지 않은 상태로 남아 있어 열간압연 후에도 조대한 석출물이 많이 남는다. 따라서, 상기 재가열 온도는 Ac3점 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 Ac3점 이상 Ac3+100℃ 이하이다.

다음으로, 열간 마무리 압연 단계(S120)에서는 Ar3점 이상 Ar3+100℃ 이하의 온도에서 열간 마무리 압연을 수행한다. 이와 같이 Ar3 변태온도를 기준으로 열간 마무리 압연을 하는 이유는 열간 마무리 압연온도가 Ar3 변태온도 미만의 경우에는 압연립의 생성으로 가공성이 저하되기 때문이다. 따라서 Ar3점 이상 Ar3+100℃ 이하에서 열간 마무리 압연을 행하는 것이 바람직하다.

다음으로, 냉각 및 권취 단계(S130)에서는 강제 냉각방식으로 냉각한 후 600℃ 이하에서 권취하여 열연강판을 제조하게 된다.

상기 냉각 단계는 상기 열간 마무리 압연 후에 20 ~ 50℃/sec의 냉각속도로 600℃까지 냉각한다. 즉, 상기 냉각 단계는 상기와 같은 냉각속도로 6 ~ 8초 동안 수행될 수 있다.

상기 냉각속도가 20℃/sec 미만이거나 50℃/sec 초과의 경우, TiC 석출물 및 AlN 석출물의 평균크기가 0.2㎛를 초과하게 되어 미세한 석출물이 석출되지 않을 우려가 있다. 따라서, 상기 냉각속도는 20 ~ 50℃/sec로 제한되는 것이 바람직하다.

한편, 기존 성분계의 경우 냉간압연 후 성형성을 증가시키기 위한 팬 케이크(pan-cake) 조직을 형성하기 위해서는 열연공정에서 AlN 석출물이 석출되지 않고, 냉간압연 후 소둔공정에서 AlN 석출이 필요하므로, 열연코일 제조과정에서 600℃이하의 권취온도가 필요하다.

따라서, 열연의 냉각라인에서 많은 양의 냉각수가 필요하게 되는데 이로 인한 온도 편차나 급랭에 의한 형상의 부적절성으로 인하여 코일의 형상 품질을 떨어뜨릴 수 있는 요인이 된다.

하지만, 본 발명의 성분계에서는 권취온도가 충분히 높으므로 열연의 냉각라인에서 온도 편차나 급랭으로 인한 형상 품질의 안정화에 유리하다.

상기와 같이 열간압연한 다음에는 권취를 행하는데, 이때 권취온도는 앞서 언급한 바와 같이 600℃ 이하인 것이 바람직하다.

권취온도가 600℃를 초과한 경우에는 석출물이 너무 조대하게 성장하여, 결정립 미세화 효과가 떨어지며 강도 확보가 곤란하다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 권취온도는 600℃ 이하인 것이 바람직하며, 대략 500 ~ 600℃가 될 수 있다.

다음으로, 냉간압연 및 소둔 단계(S140)에서는 상기 권취하여 제조된 열연강판을 산세한 후 냉간압연한다.

본 발명에 따른 냉간압연은 50 ~ 80%의 압하율로 행하는 것이 바람직하다. 냉간압하율이 50%미만의 경우에는 소둔재결정 핵생성양이 적기 때문에 소둔시 결정립이 너무 크게 성장하여 소둔 재결정립의 조대화로 강도가 저하한다. 냉간압하율이 80%초과의 경우에는 핵생성 양이 너무 많아 소둔 재결정립은 오히려 너무 미세하여 연성이 감소하며 성형성도 저하된다.

다음으로, 소둔공정에서는 냉간압연 후 750℃이하의 온도에서 소둔하여 형성된 조직이 매우 미세하고 NbC석출물과 AlN석출물의 평균크기가 0.1㎛이하로 이루어지도록 해야 한다.

이와 같이, 소둔 온도는 제품의 재질을 결정하는 중요한 역할을 한다. 소둔온도가 너무 낮으면 재결정이 완료되지 않아 목표로 하는 연성 값을 확보할 수 없으며, 소둔온도가 750℃초과의 경우에는 재결정립의 조대화로 강도가 저하된다.

또한 소둔온도가 저온일수록 FCC-Cu석출물이 미세하게 석출되는데 이때 온도는 600 ℃ 이상이면 된다. 그리고, 소둔온도 유지시간은 재결정이 완료되도록 유지하는데, 약 30시간 이상이면 재결정이 완료된다.

따라서, 본 발명에 따른 소둔 온도는 600 ~ 750℃ 인 것이 바람직하다. 아울러, 상술한 본 발명에서 소둔이라 함은 상소둔(Batch Annealing Furnace; BAF) 방식을 의미한다.

또한, 상기 냉간압연은 그 압하율이 높을수록 가공성 측면에선 유리하나 현장 적용 한계로 인하여 통상의 조건하에서도 목표로 하는 성형성이 확보되므로 그 범위를 한정지을 필요는 없다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 통해 고강도 냉연 강판에 대해 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

아래의 표 1은 본 발명의 실시예와 비교예의 성분비를 나타낸 것이다.

[표 1]

상기 표 1과 같은 조성을 가지는 슬라브를 Ac3점 이상에서 3시간 이상 재가열한 다음, Ar3점 이상 Ar3+100℃ 이하의 온도에서 열간 마무리 압연을 행한 후, 강제 냉각방식으로 냉각하였다.

이어서, 600℃에서 권취하여 열연강판을 제조하였다. 그리고, 상기와 같이 권취하여 제조된 열연강판을 산세한 후 냉각압연하고, 냉연강판을 상소둔 방식으로 750℃에서 30시간 동안 소둔 처리 하였다.

그 다음으로, 상기 냉연강판의 시편을 만능인장 시험기를 이용하여 인장시험을 하여 아래의 표 2와 같은 실험 결과를 얻었다.

즉, 표 2는 표 1의 실시예와 비교예의 제조 조건에 따른 기계적 성질 변화를 나타낸 것이다.

[표 2]

상기 표 2에 표시된 바와 같이, 비교예 1 내지 5의 열간압연 후의 인장강도(TS)는 각각 341MPa 내지 459MPa로 평균 390.8MPa을 나타내었다. 다음으로, 항복강도(YS)는 260MPa 내지 310MPa으로 평균 294.8MPa을 나타내었다.

반면에, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5의 경우 평균 인장강도(TS) 428.6MPa 및 평균 항복강도(YS) 344MPa로, 비교예들 보다 고강도를 확보함을 알 수 있다.

그 다음으로, 본 발명에 따른 실시예들은 평균 연신율(EL) 37.6%, 평균 r값(소성변형비, Lankford value) 1.78, 평균 연성취성 천이 온도(DBTT) -55를 나타내어 우수한 수준의 내2차 가공 취성이 있음을 확인하였다.

또한, 상기 표 2와 같은 실험예에서와 같이, 본 발명은 탄소(C) 함량이 0.005 ~ 0.01 중량%의 극저탄소강을 이용하면 냉연소둔 이후 상소둔 시 흑변이 발생하지 않으면서도, 표면품질이 우수한 고성형성의 냉연강판을 제조할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 냉연 강판은 기존의 연속소둔라인 방식에서 상소둔방식으로 변경함으로써, 표면을 더 미려하게 형성할 수 있다.

즉, 소둔과정에서 발생할 수 있는 롤에 의한 강판 표면의 긁힘이나 이물의 혼입이 줄어들어 우수한 표면특성을 필요로 하는 가전이나 자동차용 강판에 적합한 표면품질을 확보하는데 유리하다.

또한 성분내에 망간(Mn), 실리콘(Si) 및 인(P)의 함량을 낮추고, 구리(Cu)를이용한 NbC 석출강화 효과를 확보함으로써, DBTT 온도를 감소시킬 수 있고, 2차가공취성의 발생정도를 감소시켜 가공 후에 발생할 수 있은 크랙이나 취성파괴에 의한 제품의 파손을 방지하는데 유리하다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

S110: 재가열
S120: 열간 마무리 압연
S130: 냉각 및 권취
S140: 냉간압연 및 소둔

Claims

(a) 탄소(C) : 0.004 ~ 0.02 중량%, 망간(Mn): 0.01 ~ 0.5 중량%, 황(S): 0.005 ~ 0.01 중량%, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.1 중량%, 질소(N): 0.004 ~ 0.01 중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.05 중량%, 티타늄(Ti): 0.04 ~ 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu): 0.3 ~ 0.5 중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 Ac3점 이상의 온도로 재가열하여 3 ~ 4시간 유지하는 재가열 단계;
(b) 재가열된 상기 강 슬라브를 Ar3점 이상 Ar3+100℃ 이하에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
(c) 상기 열연강판을 600℃ 이하로 냉각한 후 권취하는 단계; 및
(d) 권취된 상기 열연강판을 냉간 압연한 후 600 ~ 750℃의 온도에서 소둔 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 상기 강슬라브는
탄소(C): 0.005 ~ 0.01 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 상기 강슬라브는
니켈(Ni): 0.01 ~ 0.05 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.1 중량% 및 주석(Sn): 0.002 ~ 0.01 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)은
합산 중량으로 0.32 ~ 0.66 중량%인 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 상기 열연강판은
20 ~ 50℃/sec의 냉각속도로 600℃ 이하로 냉각한 후 권취하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 상기 냉간 압연은
50 ~ 80%의 압하율로 수행하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 상기 소둔은
NbC 석출물 및 AlN 석출물의 평균 입경이 0.1㎛이하가 되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 상기 소둔은
미세 FCC-Cu 석출물이 형성되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 상기 소둔은
30 ~ 35시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판 제조 방법.
탄소(C) : 0.004 ~ 0.02 중량%, 망간(Mn): 0.01 ~ 0.5 중량%, 황(S): 0.005 ~ 0.01 중량%, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.1 중량%, 질소(N): 0.004 ~ 0.01 중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.05 중량%, 티타늄(Ti): 0.04 ~ 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.15 중량%, 구리(Cu): 0.3 ~ 0.5 중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판.
제10항에 있어서,
상기 탄소(C)는
그 함량이 0.005 ~ 0.01 중량%인 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판.
제10항에 있어서,
상기 냉연강판은
니켈(Ni): 0.01 ~ 0.05 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.1 중량% 및 주석(Sn): 0.002 ~ 0.01 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판.
제12항에 있어서,
상기 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)은
합산 중량으로 0.32 ~ 0.66 중량%인 것을 특징으로 하는 상소둔 방식의 고강도 냉연강판.