KR20130098497A - 고강도 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 인장강도 980MPa 이상의 고강도를 가지면서도 버링성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0.2~1.0%, 망간(Mn) : 0.7~1.7%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.7~1.2%, 니오븀(Nb) : 0.01~0.09%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.09%, 보론(B) : 0.001~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 열간압연하는 단계; (b) 상기 열간압연된 판재를 750~600℃까지 1차 냉각하는 단계; (c) 상기 1차 냉각된 판재를 10℃/sec 이하의 냉각속도로 5~10초동안 2차 냉각하는 단계; 및 (d) 상기 2차 냉각된 판재를 상기 2차 냉각의 냉각속도보다 빠른 냉각속도로 400~550℃까지 3차 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 강판 및 그 제조 방법 {HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고강도 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크롬(Cr) 등의 성분 조절 및 열간압연 후 냉각 등의 공정 제어를 통하여, 인장강도 980MPa 이상의 고강도를 가지면서도 버링성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고유가 시대에 따라 자동차 산업에 있어서 차체 경량화는 필수적으로 이뤄져야하는 부분이 되었다. 이에 따라, 철강사는 소재의 경량화를 위해 고강도강의 개발에 총력을 가하고 있다.
특히, 자동차 부품에 있어서 고강도강을 필요로 하는 부분은 자동차 샤시 부품을 대표적인 예로 들 수 있다.
이러한 샤시 부품의 경우, 고강도와 함께 고버링성이 요구된다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0047022호(2010.05.07. 공개)에 개시된 초고강도 고버링성 열연강판 및 그 제조 방법이 있다.
본 발명의 목적은 크롬 등의 합금성분 조절 및 열간압연 후 냉각 등의 공정 제어를 통하여 인장강도 980MPa 이상의 고강도를 가지면서도 버링성이 우수한 고강도 강판 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법으로 제조되어, 고강도와 함께 버링성이 우수하여 자동차 샤시 부품 등의 용도로 활용할 수 있는 고강도 강판을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0.2~1.0%, 망간(Mn) : 0.7~1.7%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.7~1.2%, 니오븀(Nb) : 0.01~0.09%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.09%, 보론(B) : 0.001~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 열간압연하는 단계; (b) 상기 열간압연된 판재를 750~600℃까지 1차 냉각하는 단계; (c) 상기 1차 냉각된 판재를 10℃/sec 이하의 냉각속도로 5~10초동안 2차 냉각하는 단계; 및 (d) 상기 2차 냉각된 판재를 상기 2차 냉각의 냉각속도보다 빠른 냉각속도로 400~550℃까지 3차 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 1차 냉각은 50~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 3차 냉각은 50~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0.2~1.0%, 망간(Mn) : 0.7~1.7%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.7~1.2%, 니오븀(Nb) : 0.01~0.09%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.09%, 보론(B) : 0.001~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 침상형 페라이트를 90vol% 이상 포함하며, 석출물이 형성되어 있는 미세 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 미세 조직에는 베이나이트 및 마르텐사이트 중 하나 이상을 포함하는 제2상이 10vol% 이하 포함될 수 있다.
또한, 상기 강판은 인장강도 980~1200MPa 및 홀 확장률 50% 이상을 가질 수 있다. 또한, 상기 강판은 항복강도 800~1100MPa 및 연신율 7~20%를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 크롬(Cr), 보론(B) 등의 성분 조절과 열간압연 후 냉각 공정의 제어를 통하여, 침상형 페라이트를 기반으로 하며, 미세 석출물이 형성되어 있는 미세 조직을 갖는 고강도 강판을 제조할 수 있다.
그 결과, 제조된 본 발명에 따른 고강도 강판은 980MPa 이상의 인장강도를 가지면서도 50% 이상의 홀 확장률을 가질 수 있어, 고강도와 함께 고버링성을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직사진을 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직사진을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
고강도 강판
본 발명에 따른 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0.2~1.0%, 망간(Mn) : 0.7~1.7%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.7~1.2%, 니오븀(Nb) : 0.01~0.09%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.09% 및 보론(B) : 0.001~0.005%를 포함한다.
상기 성분들 이외에 나머지는 철(Fe)과, 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강의 강도 증가에 기여하는 원소이다.
상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.04~0.1중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.04중량% 미만일 경우에는 980MPa 이상의 인장강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소의 첨가량이 0.1중량%를 초과하는 경우에는 용접성이 저하될 수 있으며, 50% 이상의 홀 확장률을 나타내기 어렵다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 강도 확보에 기여하며, 또한 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0.2~1.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.2중량% 미만일 경우에는, 실리콘 첨가에 따른 탈산 효과 및 강도 향상 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘의 첨가량이 1.0중량%를 초과할 경우에는 용접성 및 도금성이 저하되는 문제점이 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간의 첨가는 탄소의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다.
상기 망간은 강판 전체 중량의 0.7~1.7중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간이 첨가량이 0.7중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.7중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속 개재물이 과도하게 생성되어, 용접성이 저하될 수 있다.
인(P)
인(P)은 강도 향상에 기여하는 원소이다.
상기 인은 강판 전체 중량의 0.01~0.1중량%로 함유되도록 제어하는 것이 바람직하다. 인의 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 강도 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 인의 함량이 0.1중량%를 초과할 경우에는 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 강판 재질에 악영향을 미친다.
황(S)
황(S)은 가공성 향상에 일부 기여한다.
상기 황은 강판 전체 중량의 0.001~0.01중량%로 함유되도록 제어하는 것이 바람직하다. 만일, 황의 함량이 0.001중량% 미만일 경우에는 황에 의한 가공성 향상 효과가 불충분하며, 또한, 황의 함량을 극소로 제어해야 하는 문제점이 있다. 반대로, 황의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우에는 용접성을 크게 저해하는 문제가 있다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 페라이트 형성원소로서, 탄화물을 형성하고 소입성을 갖는 특성을 통하여 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 크롬은 강판 전체 중량의 0.7~1.2중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬의 첨가량이 0.7중량% 미만일 경우, 강도 및 버링성이 불충분하다. 반대로, 크롬의 첨가량이 1.2중량%를 초과하는 경우, 연신율이 현저히 낮아질 수 있다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 강 중에 니오븀계 석출물을 형성하여 제조되는 강판의 강도를 향상시킨다.
상기 니오븀은 강판 전체 중량의 0.01~0.09중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니오븀의 첨가량이 0.09중량%를 초과할 경우에는 가공성을 저하시키는 문제점이 있다.
티타늄(Ti)
티타늄(Ti)은 결정립 미세화 및 강도 향상에 기여한다.
상기 티타늄은 강판 전체 중량의 0.01~0.09중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄의 첨가량이 0.09중량%를 초과할 경우에는 제조되는 강판의 표면결함을 유발할 수 있다.
보론(B)
보론(B)은 강의 소입성 향상을 통한 강도 향상의 역할을 한다.
상기 보론은 강판 전체 중량의 0.001~0.005중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론의 첨가량이 0.001중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 보론의 첨가량이 0.005중량%를 초과하는 경우, 버링성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 고강도 강판은 상기의 조성 및 후술하는 공정을 통하여, 90vol% 이상의 침상형 페라이트를 포함하며, 미세 석출물이 형성되어 있는 최종 미세조직을 가질 수 있다. 이때, 상기 미세조직에는 베이나이트 및 마르텐사이트 중 하나 이상을 포함하는 제2상이 10vol% 이하 포함될 수 있다.
상기의 미세 조직을 통해, 본 발명에 따른 고강도 강판은 인장강도 980~1200MPa의 고강도와 함께 50% 이상의 홀 확장성을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 항복강도 800~1100MPa와 연신율 7~20%를 가질 수 있다.
고강도 강판 제조 방법
도 1은 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고강도 강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110), 1차 냉각 단계(S120), 2차 냉각 단계(S130) 및 3차 냉각 단계(S140)를 포함한다.
열간압연
열간압연 단계(S110)에서는 전술한 조성을 갖는 슬라브 판재를 열간압연한다. 이때, 슬라브 판재는 대략 1150~1250℃에서 1~3시간동안 재가열된 것일 수 있다.
열간압연은 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 실시되는 것이 바람직하다. 마무리압연온도가 950℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않아 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 마무리압연온도가 850℃ 미만인 경우, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
1차 냉각
1차 냉각 단계(S120)에서는 열간압연된 판재를 750~600℃까지 1차 냉각한다.
1차 냉각의 종료 온도는 750~600℃인 것이 바람직하다. 1차 냉각의 종료 온도가 750℃를 초과하거나, 600℃ 미만인 경우에는, 이어지는 2차 냉각에서 목표하는 충분한 페라이트 변태를 발생시키지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 1차 냉각은 50~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 1차 냉각의 냉각 속도가 50℃/sec 미만일 경우에는 강판 조직이 조대화되어 980MPa 이상의 인장강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 1차 냉각의 냉각 속도가 100℃/sec를 초과하는 경우에는 지나치게 짧은 냉각 시간으로 인하여 공정 제어가 어려워질 수 있다.
2차 냉각
2차 냉각 단계(S130)에서는 1차 냉각된 판재를 일정 시간동안 2차 냉각한다. 이때, 2차 냉각은 충분한 페라이트 변태를 발생시키기 위하여, 1차 냉각의 냉각 속도보다 느린 냉각속도로 실시된다.
보다 구체적으로, 2차 냉각은 10℃/sec 이하의 냉각속도로 5~10초동안 실시되는 것이 바람직하며, 강제냉각이 아닌 공냉으로 실시되는 것이 보다 바람직하다.
2차 냉각의 냉각 속도가 10℃/sec를 초과하는 경우 충분한 페라이트를 확보하기 어렵다.
또한, 2차 냉각 시간이 5초 미만인 경우, 충분한 페라이트 변태가 어렵다. 반대로, 2차 냉각 시간이 10초를 초과하는 경우, 980MPa 이상의 인장강도 확보가 어렵다.
3차 냉각
3차 냉각 단계(S140)에서는 2차 냉각된 판재를 400~550℃까지 3차 냉각한다. 이때, 3차 냉각은 2차 냉각의 냉각속도보다 빠른 냉각속도로 실시된다. 3차 냉각 후에는 제조된 강판을 권취(coiling)할 수 있다.
보다 구체적으로, 3차 냉각은 400~550℃까지 실시되는 것이 바람직하다. 3차 냉각의 냉각 종료 온도가 400℃ 미만인 경우에는 강도 확보에는 유리하나, 제조되는 강판의 성형성이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 3차 냉각의 냉각 종료 온도가 550℃를 초과하는 경우에는 충분한 강도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 3차 냉각은 50~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것이 바람직하다. 3차 냉각의 냉각 속도가 50℃/sec 미만일 경우에는 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로 3차 냉각의 냉각 속도가 100℃/sec를 초과하는 경우에는 강판의 조직이 경해져서 인성이 급격히 저하될 수 있으며, 지나치게 짧은 냉각 시간으로 인하여 공정 제어가 어려워질 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따른 시편을 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure pat00001

[표 2]
Figure pat00002

2. 기계적 특성 평가
표 3은 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따라 제조된 시편 각각의 인장시험 결과를 나타낸 것이다.
표 3에서, 인장강도(TS), 항복강도(YS) 및 연신율(EL)은 JIS 5호 시험편에 의거한 인장시험을 통하여 측정하였다.
버링성은 초기 직경(d0:10mm)의 천공 구멍을 형성한 후, 60ㅀ 원추펀치로 확장시켜서, 크랙(crack)이 판을 관통한 시점의 구멍 직경(d)으로부터 구해지는 홀 확장률((d-d0)/d0 X 100)로 나타내었다.
[표 3]
Figure pat00003
표 1 ~ 표 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, 인장강도(TS), 항복강도(YS), 연신율(EL) 및 버링성이 목표값을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 실시예 1과 공정 조건은 동일하나, 조성에서 크롬이 0.3중량%에 불과하고, 티타늄이 첨가되지 않았으며, 알루미늄이 0.02중량% 포함된 비교예 1에 따른 시편의 경우, 인장강도가 목표로 하는 980MPa에 미치지 못하였다.
또한, 본 발명에서 제시한 조성은 만족하나, 2차 냉각 없이 450℃까지 한번에 냉각이 이루어진 비교예 2에 따른 시편의 경우, 강도는 충분하였으나, 버링성이 목표치에 미치지 못하였다.
또한, 조성의 일부가 본원발명에서 제시한 범위를 벗어나며, 3차 냉각 속도가 상대적으로 느린 비교예 3에 따른 시편의 경우, 연신율과 버링성은 충분하였으나, 강도, 특히 항복강도가 현저히 낮았다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직사진을 나타낸 것이고, 도 3은 비교예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직사진을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 침상형 페라이트 조직에 미세 석출물이 형성되어 있는 최종 미세 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 3을 참조하면, 비교예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 최종 미세 조직이 페라이트와 베이나이트만으로 이루어진 것을 확인할 수 있다.
이러한 침상형 페라이트 조직과 미세 석출물에 따라, 실시예1에 따른 시편의 경우, 우수한 강도와 함께 고버링성을 나타낼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 열간압연 단계
S120 : 1차 냉각 단계
S130 : 2차 냉각 단계
S140 : 3차 냉각 단계

Claims (7)

  1. (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0.2~1.0%, 망간(Mn) : 0.7~1.7%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.7~1.2%, 니오븀(Nb) : 0.01~0.09%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.09%, 보론(B) : 0.001~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 850~950℃의 마무리압연온도 조건으로 열간압연하는 단계;
    (b) 상기 열간압연된 판재를 750~600℃까지 1차 냉각하는 단계;
    (c) 상기 1차 냉각된 판재를 10℃/sec 이하의 냉각속도로 5~10초동안 2차 냉각하는 단계; 및
    (d) 상기 2차 냉각된 판재를 상기 2차 냉각의 냉각속도보다 빠른 냉각속도로 400~550℃까지 3차 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 냉각은
    50~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 3차 냉각은
    50~100℃/sec의 냉각속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 고강도 강판 제조 방법.
  4. 중량%로, 탄소(C) : 0.04~0.1%, 실리콘(Si) : 0.2~1.0%, 망간(Mn) : 0.7~1.7%, 인(P) : 0.01~0.1%, 황(S) : 0.001~0.01%, 크롬(Cr) : 0.7~1.2%, 니오븀(Nb) : 0.01~0.09%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.09%, 보론(B) : 0.001~0.005% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
    침상형 페라이트를 90vol% 이상 포함하며, 미세 석출물이 형성되어 있는 미세 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미세 조직에는
    베이나이트 및 마르텐사이트 중 하나 이상을 포함하는 제2상이 10vol% 이하 포함되는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 강판은
    인장강도 980~1200MPa 및 홀 확장률 50% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강판은
    항복강도 800~1100MPa 및 연신율 7~20%를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 강판.
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