KR20140083285A - 성형성이 우수한 저항복비 특성을 갖는 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

성형성이 우수한 저항복비 특성을 갖는 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

합금성분 조절 및 공정조건 제어를 통하여 연속항복거동 및 항복강도의 하향을 통해 성형성이 우수하면서도 저항복비 특성을 확보할 수 있는 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04 ~ 0.06%, 실리콘(Si) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.7%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.006% 이하, 크롬(Cr) ; 0.3 ~ 0.5%, 알루미늄(Al) : 0.1 ~ 0.6% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 500 ~ 520MPa의 인장강도(TS), 260 ~ 280MPa의 항복점(YP) 및 32 ~ 35%의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

성형성이 우수한 저항복비 특성을 갖는 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법 {COLD-ROLLED STEEL SHEET FOR OUTCASE OF CAR HAVING LOW YIELD RATIO WITH EXCELLENT FORMABILITY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 조절 및 공정조건 제어를 통하여 연속항복거동 및 항복점의 하향을 통해 성형성이 우수하면서도 저항복비 특성을 확보할 수 있는 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 외판재용 강판은 대부분 프레스 가공에 의해서 성형되기 때문에, 우수한 프레스 성형성이 요구되며, 이것을 확보하기 위해서는 높은 연성이 필수적으로 요구된다. 그러나, 자동차 외판재용 강판의 경량화 및 승객 안정성 요구에 강판의 고강도화가 이루어짐으로써, 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 같은 합금성분 첨가의 증가에 따라 강판의 성형성 저하 및 도금 특성등의 현저한 저하 문제가 있으므로 이러한 모든 요구를 적용한 자동차 외판재용 강판을 개발하는 데 어려움이 따르고 있다.
또한, 자동차 외판재용 강판은 높은 내식성도 요구되기 때문에 자동차 외판재용 강판으로 내식성이 우수한 용융아연 도금강판이 사용되어 왔다. 용융아연 도금강판은 재결정 소둔 및 도금을 동일 라인에서 실시하는 연속 용융아연 도금 설비를 통하여 제조되어 우수한 내식성을 가지면서 저렴한 제조 방법으로 가공이 가능하다. 그리고, 용융아연 도금 후에 다시 가열 처리한 합금화 용융아연 도금강판은 우수한 내식성에 추가로 용접성이나 성형성도 우수하다는 면에서 널리 사용되고 있다.
상술한 바와 같이, 자동차 차체를 더욱 경량화 및 강화하기 위해서는 성형성이 우수한 고장력 냉연강판의 개발, 그리고 연속 용융아연 도금라인에 의한 우수한 내식성도 구비한 고장력 용융아연 도금강판의 개발이 요구되고 있다.
최근, 자동차 경량화 및 품질 향상 과정에서 자동차 구조부품과 함께 자동차 외판에 대한 고강도화가 급속히 진행되고 있다. 자동차 외판에 고강도강을 적용하여 외부 물체와의 충돌 시 발생하는 외판 손상에 대한 저항을 증가시키기 위하여 내덴트성이 우수한 고강도강판이 개발이 요구되고 있다.
그러나, 종래의 자동차 외판재용 강판은 대략 60% 이상의 높은 항복비로 인해 프레스 성형시 굴곡 발생으로 인해 생산성 저하 문제가 있었다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0723159호(2007.05.30. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 성형성이 우수한 냉연강판과 그 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 항복비를 낮추고, 연신율 향상을 통하여 성형성이 우수한 자동차 외판재용 냉연강판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 연속항복거동 및 항복점의 하향을 통해 성형성이 우수하면서도 저항복비 특성을 확보할 수 있는 자동차 외판재용 냉연강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판재용 냉연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04 ~ 0.06%, 실리콘(Si) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.7%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.006% 이하, 크롬(Cr) ; 0.3 ~ 0.5%, 알루미늄(Al) : 0.1 ~ 0.6% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 500 ~ 520MPa의 인장강도(TS), 260 ~ 280MPa의 항복점(YP) 및 32 ~ 35%의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.04 ~ 0.06%, 실리콘(Si) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.7%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.006% 이하, 크롬(Cr) ; 0.3 ~ 0.5%, 알루미늄(Al) : 0.1 ~ 0.6% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 900℃ 조건으로 마무리 열간 압연하는 단계; (b) 상기 열간 압연된 판재를 냉각하여 CT(Coiling Temperature) : 580 ~ 610℃에서 권취하는 단계; (c) 상기 권취된 판재를 언코일링하여 산세 처리한 후, 냉간압연하는 단계; 및 (d) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법은 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 연속항복거동 및 항복점의 하향을 통해 성형성이 우수하면서도 저항복비 특성을 확보할 수 있다.
따라서, 상기 방법으로 제조되는 자동차 외판재용 냉연강판은 인장강도 : 500 ~ 520MPa, 항복점(YP) : 260 ~ 280MPa, 연신율(EL) : 32 ~ 35%, 항복비(YP/TS) : 50 ~ 55% 및 가공경화지수(n-value) : 0.24 이상을 가질 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 냉연강판은 고 성형성을 요구하는 자동차 외판재, 특히 자동차 도어 등의 소재로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 스트레인-스트레스 커브를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형성이 우수한 저항복비 특성을 갖는 자동차 외판재용 냉연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
자동차 외판재용 냉연강판
본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판은 인장강도 : 500 ~ 520MPa, 항복점(YP) : 260 ~ 280MPa, 연신율(EL) : 32 ~ 35%, 항복비(YP/TS) : 50 ~ 55% 및 가공경화지수(n-value) : 0.24 이상을 확보하는 것을 목표로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.04 ~ 0.06%, 실리콘(Si) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.7%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.006% 이하, 크롬(Cr) ; 0.3 ~ 0.5%, 알루미늄(Al) : 0.1 ~ 0.6% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.
또한, 상기 강판은 몰리브덴(Mo) : 0.03 ~ 0.10 중량% 및 티타늄(Ti) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 오스테나이트 안정화 원소로써, 열연코일에서 펄라이트 조직과 페라이트 내부에 탄화물을 최소화시키고, 결정립을 미세화시킨다. 복합 석출물의 재고용이 냉연강판의 소둔과정에서 부분적으로 재용해되어 10 ~ 30㎛ 정도의 미세한 결정립 또는 결정립계에 나타나는데, 마르텐사이트(Martensite)를 20% 이하로 제한함으로써, 성형성에 좋은 (111) 집합조직을 발달시킬 수 있다.
상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.04 ~ 0.06 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.04 중량% 미만일 경우에는 임계 온도 영역에서 안정한 오스테나이트를 확보하지 못하여 냉각 후 적절한 마르텐사이트 분율이 생성되지 않기 때문에 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.06 중량%를 초과할 경우에는 목표로 하는 연성을 확보할 수 없을 뿐만 아니라, 용접성을 악화시키는 문제를 야기한다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)는 페라이트 안정화 원소로써, 고용강화에 의하여 강도를 증가시키는 한편, 소둔열처리 과정시 시멘타이트의 석출을 억제하고, 탄소가 오스테나이트로 농화되는 것을 촉진하여, 냉각시 마르텐사이트 형성 및 연성 향상에 기여하는 원소이다.
실리콘(Si)은 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 오스테나이트 안정화 효과가 약해진다 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우에는 표면선상이 열화되고, 실리콘 산화물이 농화되어 용접성 및 도금성을 급격히 열화시키는 문제가 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 성분으로써, 소둔 후 급냉하는 동안 오스테나이트에서 펄라이트로 변태를 지연시키기 때문에, 상온으로 냉각하는 동안 마르텐사이트 조직으로 안정하게 생성한다. 또한, 고용강화에 의하여 강도를 향상시키는 효과와 강중에서 황(S)과 결합하여 MnS 개재물을 형성하여 슬라브의 열간균열을 방지하는데 유효하다.
상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 1.0 ~ 1.7 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우에는 오스테나이트에서 펄라이트(pearlite) 상으로의 변태를 지연시키는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.7 중량%를 초과할 경우에는 슬라브 가격(Cost)의 현저한 상승을 초래할 뿐만 아니라, 용접성 및 성형성의 열화를 초래뿐만 아니라 도금성을 저하시키는 문제가 있다.
인(P)
인(P)은 고용강화에 의하여 강도를 증가시킨다. 또한, 인은 실리콘과 함께 첨가하면 소둔 열처리 과정시 시멘타이트 석출을 억제시키고, 오스테나이트로 탄소 농화를 촉진시키는 역할을 한다.
다만, 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판에서 인(P)의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우 2차 가공취성 문제를 유발하고 아연도금의 밀착성을 저하시켜 합금화 성질을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.03 중량% 이하로 제한하였다.
황(S)
황(S)은 망간(Mn)과 반응하여 미세한 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킨다.
다만, 본 발명에 따른 냉연강판에서 황(S)의 함량이 0.006 중량%를 초과하여 다량 함유될 경우에는 고용된 황(S)의 함량이 너무 많아 연성 및 성형성이 크게 낮아질 수 있으며, 적열취성의 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.006 중량% 이하로 제한하였다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 담금질성을 향상시켜, 안정하게 저온변태상을 형성시키는데 유효한 원소이다. 또한 탄화물의 미세화, 구상화 속도 지연, 결정립 미세화, 결정립의 성장억제 및 페라이트 강화원소이다. 아울러, 용접시의 열영향부(HAZ)의 연화 억제에도 효과가 있다.
상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.3 ~ 0.5 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.3 중량% 미만일 경우에는 탄소(C)와의 결합이 너무 적어서 재고용시키기 어려운 문제가 있다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.5 중량%를 초과할 경우에는 열영향부의 경도상승이 지나치게 커지는 문제가 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 탈산재로 사용되는 동시에 실리콘(Si) 과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하는 원소로써, 열연코일 결정립계와 탄화물을 미세하게 만들기 때문에 강중의 불필요한 고용 질소(N)를 AlN으로 석출시킨다. 따라서 강도를 상승시키는 효과를 가지고 있다.
상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.1 ~ 0.6 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 오스테나이트 안정화 효과를 기대하기 어렵다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.6 중량%를 초과할 경우에는 제강시 노즐 막힘 문제가 발생할 수 있고, 주조시 Al 산화물 등에 의하여 열간 취성이 발생하여 크랙발생과 연성이 저하되는 문제가 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 강의 강도 향상에 기여한다. 또한, 몰리브덴(Mo)은 질소와 결합하여 NMo를 형성하는데, NMo는 실리콘, 알루미늄과 같이 베이나이트 영역에서 열처리시 베이나이트 변태를 지연시키는 효과가 있어 잔류 오스테나이트 확보에 유리하게 작용한다.
상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.03 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.03 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우에는 그 효과가 포화되어 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
티타늄(Ti)
본 발명에서 티타늄(Ti)은 TiC, TiN 석출물 형성원소로서, 재가열시 TiC, TiN 등의 고용탄소 및 고용질소를 석출시킨다. 또한, 티타늄은 고용탄소 및 고용질소를 석출시켜 비시효성과 가공성을 향상시키는 역할을 한다.
다만, 티타늄(Ti)의 함량이 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.015 중량%를 초과할 경우에는 TiC, TiN 석출물 등이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되고, 제조되는 강판의 표면 결함을 유발시킬 수 있다.
따라서, 상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 전체 중량의 0.015 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법은 열간 압연 단계(S110), 냉각/권취 단계(S120), 냉간 압연 단계(S130) 및 소둔 열처리 단계(S140)를 포함한다.
도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법은 열간 압연 단계(S110) 이전에 실시되는 슬라브 재가열 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 중량%로, 탄소(C) : 0.04 ~ 0.06%, 실리콘(Si) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.7%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.006% 이하, 크롬(Cr) ; 0.3 ~ 0.5%, 알루미늄(Al) : 0.1 ~ 0.6% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.
또한, 상기 슬라브 판재에는 몰리브덴(Mo) : 0.03 ~ 0.10 중량% 및 티타늄(Ti) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.
상기 슬라브 재가열 단계에서는 상기 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃로 재가열한다. 여기서, 상기 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다.
본 단계에서, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1150℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간압연 단계
열간압연 단계(S110)에서는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 900℃ 조건으로 마무리 열간 압연하다.
이때, 마무리 압연 온도(FDT)가 850℃ 미만으로 너무 낮으면, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 문제가 있을 뿐만 아니라 급격한 상변화에 의해 열간압연중 통판성의 문제가 발생한다. 반대로, 마무리 압연 온도(FDT)가 900℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화 되어 소부경화능 및 내시효성이 감소한다.
냉각/권취
냉각/권취 단계(S120)에서는 열간 압연된 판재를 냉각하여 CT(Coiling Temperature) : 580 ~ 610℃에서 권취한다. 이러한 권취 온도는 냉간압연 및 재결정 열처리 후 최적의 기계적 물성을 얻기 위한 조직을 얻기 위한 온도에 해당한다.
본 단계에서, 권취 온도가 580℃ 미만일 경우 베이나이트나 마르텐사이트 조직으로 인해 냉간 압연에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 권취 온도가 610℃를 초과할 경우에는 미세조직이 조대해지므로 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.
본 단계에서, 냉각 속도는 10 ~ 30℃/sec로 실시하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 10℃/sec 미만일 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 냉각 속도가 30℃/sec를 초과할 경우에는 조직이 경해져서 인성 확보에 어려움이 따를 수 있다.
냉간 압연
냉간 압연 단계(S130)에서는 권취된 판재를 언코일링하여 산세 처리한 후, 냉간압연한다.
이때, 냉간 압하율은 50 ~ 80%로 실시하는 것이 바람직하다. 냉간 압하율이 50% 미만일 경우에는 변형효과가 작고, 반대로 냉간 압하율이 80%를 초과할 경우에는 압연 부하가 커져 제조 비용을 증가시키는 요인으로 작용한다. 또한, 열연코일에서 복합 석출물이 압연 중 분해되어 재결정 초기과정에서 (100) 집합조직이 발달되는데, 이로 인하여 드로잉성을 해치며 강판의 가장자리에 균열이 생기고 판 파단이 일어날 확률이 증가할 수 있다. 따라서, 냉간 압하율은 50 ~ 80%의 범위로 실시하는 것이 바람직하다.
소둔 열처리
소둔 열처리 단계(S140)에서는 냉간압연된 판재를 소둔 열처리한다.
이때, 소둔 열처리는 소둔을 수행하는 SS(Soaking Section) 구간과, 냉각을 수행하는 RQS(Roll Quenching Section) 구간과, 과시효 처리하는 OAS(Over Aging Section) 구간을 포함하는 연속소둔라인에서 수행될 수 있다.
즉, 냉간 압연된 판재는 연속 소둔 라인의 SS 구간에서 10 ~ 20℃/sec로 750 ~ 850℃까지 가열하여 100 ~ 110초 동안 소둔 열처리한 후, RQS 구간에서 소둔 열처리된 판재를 480 ~ 540℃까지 급냉하고 나서, OAS 구간에서 급냉된 판재를 460 ~ 540℃의 온도에서 100 ~ 200초 동안 과시효 처리하게 된다.
이때, 상기 SS 구간에서의 연속소둔은 재결정과 결정립 성장을 통하여 (111) 집합조직을 발달시켜 드로잉성을 향상시키고 미세한 복합 석출물을 재용해시켜 고용탄소를 용출하도록 한다. 이때, 소둔 열처리 온도, 즉 소킹 온도는 페라이트와 오스테나이트의 2상 조직을 만들기 위하여 10 ~ 20℃/sec의 속도로 급속 가열한 후, 750 ~ 850℃에서 100 ~ 110초 동안 실시하는 것이 바람직하다. 소둔 열처리 온도가 750℃ 미만이거나, 또는 연속소둔 시간이 100초 미만일 경우에는 연성이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 소둔 열처리 온도가 850℃를 초과하거나, 또는 연속소둔 시간이 110초를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립 크기 증가로 인하여 강판의 물성이 저하될 수 있다.
또한, RQS 구간에서의 급속 냉각 온도가 480℃ 미만일 경우에는 재질 불균일의 문제가 발생할 수 있다. 반대로, RQS 구간에서의 급속 냉각 온도가 540℃를 초과할 경우에는 냉각 과정에서 오스테나이트가 페라이트, 베이나이트로 변태할 수 있다.
한편, OAS 구간에서는 460 ~ 540℃의 온도에서 100 ~ 200초 동안 유지하는 것이 바람직하다. 과시효대(Over Aging Section)에서 460℃ 미만의 온도로 유지되거나, 또는 100초 미만으로 유지될 경우에는 항복비가 상승하는 문제가 있다. 반대로, 과시효대에서 540℃를 초과하는 온도로 유지되거나, 또는 200초를 초과할 경우에는 연신율이 급격히 저하되는 문제가 있다.
또한, 본 단계에서, 연속 소둔 라인의 진행 스피드(Line Speed; L/S)는 80 ~ 200mpm으로 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 진행 스피드가 80mpm 미만일 경우에는 제조 속도가 너무 느려서 마르텐사이트를 형성하기 어려운 문제가 있다. 반대로, 진행 스피드가 200mpm 초과할 경우에는 속도가 너무 빠른 관계로 용융아연도금후 가열할 때 Zn-Fe 확산이 좋지 않다.
한편, 도면으로 도시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법은 소둔 열처리 단계(S140) 이후에 실시되는 용융아연도금 및 합금화 열처리 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 용융아연도금 및 합금화 열처리 단계에서는 과시효 처리된 판재를 480 ~ 560℃에서 용융아연도금 및 합금화 열처리한다. 합금화 열처리 온도가 480℃ 미만으로 너무 낮을 경우에는 적정 합금화도 및 도금층의 안정적 성장을 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 합금화 열처리 온도가 560℃를 초과할 경우에는 재질 저하가 발생할 수 있다.
또한, 이러한 용융아연도금 및 합금화 열처리시, 합금화도(Fe%)는 8 ~ 12w% 범위를 만족하는 것이 바람직하고, 합금화 시간은 2분 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
합금화 시간이 2분을 초과할 경우 베이나이트나 탄화물의 과다 석출로 기계적 특성이 열화되는 문제가 있고, 그리고, 본 단계에서 합금화도(Fe%)가 8w% 미만이면 용융아연도금 공정의 의의가 없어지고, 합금화도가 12w%를 초과하면 가공시에 분말화(Powdering) 및 박리성(Flaking)이 심해지는 현상이 발생할 수 있다.
상기의 과정(S110 ~ S140)으로 제조되는 자동차 외판재용 냉연강판은 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 연속항복거동 및 항복점의 하향을 통해 인장강도 : 500 ~ 520MPa, 항복점(YP) : 260 ~ 280MPa, 연신율(EL) : 32 ~ 35%, 항복비(YP/TS) : 50 ~ 55% 및 가공경화지수(n-value) : 0.24 이상을 가질 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 냉연강판은 고 성형성을 요구하는 자동차 외판재, 특히 자동차 도어 등의 소재로 활용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 1의 조성 및 표 2의 공정 조건으로 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 30에 따른 시편을 제조하였다. 이때, 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 30에 따른 시편들의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 압연모사시험기를 이용하여 가열 및 열간 압연을 실시한 후, 냉각하였다. 이후, 냉각된 판재를 산세 처리한 후, 냉간 압연 및 소둔 열처리를 실시하고 나서 용융아연 도금을 실시하였다.
이후, 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 30에 따른 시편에 대하여 인장시험을 실시하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure pat00001

[표 2]
Figure pat00002

2. 기계적 물성 평가
표 3은 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 30에 따라 제조되는 시편의 기계적 물성에 대한 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure pat00003
표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 6에 따른 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 인장강도 : 500 ~ 520MPa, 항복점(YP) : 260 ~ 280MPa, 연신율(EL) : 32 ~ 35%, 항복비(YP/TS) : 50 ~ 55% 및 가공경화지수(n-value) : 0.24 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
반면, 비교예 1 ~ 9, 13 ~ 30에 따른 시편들의 경우에는 연신율(EL) 및 가공경화지수(n-value)는 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS) 대비 항복점(YP)의 증가로 항복비(YP/TS)가 목표값을 벗어난 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 10 ~ 12에 따른 시편들의 경우에는 연신율(EL) 및 가공경화지수(n-value)는 목표값을 만족하였으나, 인장강도(TS), 항복점(YP) 및 항복비(YP/TS)가 목표값에 미달하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 스트레인-스트레스 커브를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 비교예 1에 따른 시편과 비교해 볼 때, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 연속항복거동 및 항복점이 하향된 것을 확인할 수 있다. 이러한 스트레인-스트레스 커브를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 항복점 저감에 따른 연신율 향상으로 고 성형성을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다.
위의 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 ~6에 따른 시편들의 경우, 비교예 1 ~ 30에 비하여 항복비를 낮춤과 동시에 연신율 상향을 통해 성형성을 증대시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
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 : 열간 압연 단계
S120 : 냉각/권취 단계
S130 : 냉간 압연 단계
S140 : 소둔 열처리 단계

Claims (11)

  1. 중량%로, 탄소(C) : 0.04 ~ 0.06%, 실리콘(Si) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.7%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.006% 이하, 크롬(Cr) ; 0.3 ~ 0.5%, 알루미늄(Al) : 0.1 ~ 0.6% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
    500 ~ 520MPa의 인장강도(TS), 260 ~ 280MPa의 항복점(YP) 및 32 ~ 35%의 연신율(EL)을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판은
    몰리브덴(Mo) : 0.03 ~ 0.10 중량% 및 티타늄(Ti) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 자동차 외판재용 냉연강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강판은
    항복비(YP/TS) : 50 ~ 55%를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강판은
    가공경화지수(n-value) : 0.24 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판.
  5. (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.04 ~ 0.06%, 실리콘(Si) : 0.01 ~ 0.10%, 망간(Mn) : 1.0 ~ 1.7%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.006% 이하, 크롬(Cr) ; 0.3 ~ 0.5%, 알루미늄(Al) : 0.1 ~ 0.6% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 850 ~ 900℃ 조건으로 마무리 열간 압연하는 단계;
    (b) 상기 열간 압연된 판재를 냉각하여 CT(Coiling Temperature) : 580 ~ 610℃에서 권취하는 단계;
    (c) 상기 권취된 판재를 언코일링하여 산세 처리한 후, 냉간압연하는 단계; 및
    (d) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 슬라브 판재에는
    몰리브덴(Mo) : 0.03 ~ 0.10 중량% 및 티타늄(Ti) : 0.015 중량% 이하 중 1종 이상이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 냉각은
    10 ~ 30℃/sec의 속도로 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    (d-1) 상기 냉간압연된 판재를 연속 소둔 라인에서 10 ~ 20℃/sec로 750 ~ 850℃까지 가열하여 100 ~ 110초 동안 소둔 열처리하는 단계와,
    (d-2) 상기 소둔 열처리된 판재를 480 ~ 540℃까지 급냉하는 단계와,
    (d-3) 상기 급냉된 판재를 460 ~ 540℃의 온도에서 100 ~ 200초 동안 과시효 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소둔 열처리 단계에서,
    상기 연속 소둔 라인의 진행 스피드(Line Speed; L/S)는 80 ~ 200mpm로 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후,
    (e) 상기 과시효 처리된 판재를 480 ~ 560℃에서 용융아연도금 및 합금화 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    합금화도(Fe%)는 8 ~ 12w% 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판재용 냉연강판 제조 방법.
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