KR20140083781A

KR20140083781A - 고강도 경량 라미네이트 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140083781A
Application number: KR1020120153900A
Authority: KR
Inventors: 김태호; 김성규; 진광근; 조원태; 전선호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-04

Abstract

본 발명은 자동차용 소재 등으로 사용될 수 있는 강판에 관한 것이며, 보다 상세하게는 경량화를 달성하는 동시에, 가공성 및 강도가 우수한 라미네이트 강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

고강도 경량 라미네이트 강판 및 그 제조방법{LAMINATE STEEL SHEET HAVING EXCELLENT STRENGTH AND LIGHTWEIGHT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 자동차의 도어, 후드, 트렁크 등 외판 및 내판 구조부품 등에 사용될 수 있는 자동차용 강판에 관한 것이며, 보다 상세하게는 고강도 경량 라미네이트 강판에 관한 것이다.

최근, 자동차 제조산업에 있어서는 환경규제에 대응하여 배기가스 중 이산화탄소를 저감하고, 화석연료차의 연비향상과 전기자동차의 배터리 소모를 줄일 목적으로, 자동차 차체의 경량화가 지속적으로 추진되고 있다. 특히, 극단적인 이산화탄소 규제방침에 대하여, 기존의 자동차용 강판의 적용으로는 더 이상 경량화를 기대할 수 없는 도어, 후드, 트렁크 등 부품의 경우에, 자동차 업체들은 철강소재 대신에 알루미늄, 플라스틱, 마그네슘 등과 같은 비철계 경량소재를 채용하려는 경향이 증가하고 있다.

그러나, 이러한 비철계 경량소재들은 가격이 비싸고, 용접성 및 도장성 등 자동차 제조공정에서 요구되는 특성들이 미흡하기 때문에, 새로운 대체 기술의 개발이 필요하다는 단점이 있다. 더욱이 알루미늄이나 마그네슘은 자동차용 소재로 사용되기 위해서는 요구되는 강도가 낮고, 부품 가공을 위한 가공성을 확보하기 곤란하다는 현실적인 문제가 있다.

반면, 자동차용 강판의 경우 박강판을 이용하여 상기의 부품 경량화를 하는 방법으로는 가공성과 강도를 동시에 가진 P첨가 극저탄소강, 소부경화강(Bake Hardenable Steel), 이상조직강(Duel Phase Steel) 등과 같은 고강도 강판을 이용하여 부품의 두께를 줄이는 설계를 통해 부품 중량을 줄이고 있다. 그러나, 강판의 두께가 너무 얇아지면, 부품 강성이 저하하는 문제가 발생하기 때문에, 두께를 무제한 낮출 수 없다. 따라서, 강판의 두께를 줄이는 부품 경량화는 한계를 가지고 있다.

한편, 판넬용 고강도 강판과 달리 가공성이 우수한 경량 라미네이트 강판도 자동차 판넬용 부품의 경량화에 활용되고 있다. 가공성이 우수한 경량 라미네이트 강판은 통상 극박 연질강판을 사이에 두고, 중간에 수지층을 포함되어 있는 적층강판으로 강판의 사용두께를 최소화하고 무게가 작은 수지층을 늘림으로써 강판의 총무게를 줄이고 있다. 이 경우 수지층을 포함하여 강판전체가 두께가 증가하기 때문에 부품의 강성을 유지할 수 있다.

그러나, 경량 라미네이트 강판은 강판 자체의 두께가 얇기 때문에 강판의 연성을 확보하기 위하여, 연질강판을 사용해야 하는 제약이 있다. 통상적으로 사용되는 일반 자동차용 강판은 극저탄소강을 제외하고는 강판의 두께가 얇아질수록 연신율이 극격하게 낮아지는 경향을 보이며, 경량 라미네이트 강판의 소재로 사용되는 0.2~0.3㎜의 강판에서는 높은 연신율을 가지는 강종이 없고, 따라서 가공이 요구되는 경량 라미네이트 강판의 소재로 사용할 수 없다. 그리고, 연질강판을 소재로 사용하는 경량 라미네이트 강판의 경량화 효과는 알루미늄의 1.2배 수준까지 도달하고 있으나, 강판의 강도가 낮기 때문에 경량화 효과는 제한적이다.

따라서, 강판을 사용하는 자동차 부품에 있어서, 고강도 강판이나 경량 라미네이트 강판에 비하여 경량화 효과가 높고, 동시에 알루미늄과 같은 경량재료에 비하여 가격이 저렴한 자동차용 강판 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 일측면은 종래의 라미네이트 강판에 비하여, 전체 강판의 두께를 줄이더라도, 높은 강도와 가공성을 확보하고, 알루미늄과 동등 이상의 경량 효과를 확보하여 부품 경량화 효과를 극대화할 수 있는 고강도 경량 라미네이트 강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일태양은 중량%로, C: 0.01~1.0%, Mn: 8~30%, P: 0.1%이하, S: 0.02%이하, N: 0.1%이하, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 2매 이상의 고망간 강판 및 상기 강판 사이에 수지층이 포함되어 있는 고강도 경량 라미네이트 강판을 제공한다.

본 발명은 기존의 경량 라미네이트 강판에 사용하는 박강판의 인장강도가 270~300MPa인데 비하여 본 발명에 사용하는 고망간강 박강판은 인장강도 600~1000MPa로 높기 때문에 부품의 강도와 강성을 고려한 중간 수지층의 두께를 줄일 수 있기 때문에 결과적으로 본 발명강으로 제작한 자동차 부품의 중량을 기존 경량 라미네이트 강판에 비하여 더욱 더 줄일 수 있으며, 알루미늄 판재로 제작하는 부품의 경량화와 비교해도 손색이 없을 정도의 경량화를 확보할 수 있는 장점이 있다.

따라서 본 발명의 라미네이트 강판을 사용하게 되면 현재 알루미늄으로 제작되는 도어(Door), 후드(Hood), 트렁크 덮개 외판재(Trink lid outer)등 자동차 외판 판넬 부품의 재료비용을 획기적으로 줄일 수 있는 경제적 이점이 있다.

도 1은 본 발명 라미네이트 강판의 일예를 나타낸 사시도임.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서, 라미네이트(Laminate) 강판이라 함은 2 매 이상이 강판이 서로 접합되어 있고, 상기 2 이상의 강판의 접합을 위한 물질(재료 등)이 포함되어 있는 것을 의미한다.

본 발명의 라미네이트 강판의 일예를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이 본 발명 라미네이트 강판은 2 매 이상의 강판과 상기 강판 사이에는 접착성 수지층이 구비되어 있다.

상기 강판은 박강판으로서, 그 두께는 0.2~0.5㎜인 것이 바람직하며, 상기 수지층의 두께는 0.1~0.6㎜인 것이 바람직하다.

자동차강판의 외판의 경우, 그 두께범위가 0.6~0.8㎜ 수준이라고 볼 때, 동일 두께를 유지하며, 라미네이트 강판 적용을 통한 경량화를 달성할 수 있으며, 이 경우 각 개별 강판의 두께는 0.2~0.3㎜인 것이 바람직하고, 수지층의 두께는 0.1~0.2㎜인 것이 바람직하다. 한편, 자동차 차체의 대면적 부품에 적용하는 경우에는 전체 두께범위가 1.0~1.6㎜ 수준이므로, 각 개별 강판의 두께는 0.3~0.5㎜이고, 수지층의 두께는 0.2~0.6㎜인 것이 바람직하다. 본 발명에서는 자동차강판의 외판이나 대면적 부품에 적용을 위해서 상기와 같이 강판의 두께는 0.2~0.5㎜, 수지층의 두께는 0.1~0.6㎜로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 라미네이트 강판은 강판 2매의 두께와 상기 수지층의 두께비가 0.3 이하인 것이 바람직하다.

상기 강판은 고망간 강판인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 인장강도 600~1000MPa, 연신율 30%이상으로, 오스테나이트 단상조직을 갖는 TWIP(TWinning Induced Plasticity)강인 것이 바람직하다.

본 발명은 고강도 고연신을 확보하기 위해서, 오스테나이트 조직의 TWIP 현상을 이용할 필요가 있으며 하기 조성범위는 오스테나이트 금속조직을 유지하며 TWIP 효과를 통한 고연신을 확보할 수 있는 조성범위이다. 종래의 라미네이트 강판의 경우 강도를 상승시킬 경우 연신율이 떨어짐으로 인하여 강도*연신율(TS*EL)의 수치를 기준으로 볼 때 20,000 수준에 한정된 적용을 하고 있다. 반면 본 발명의 라미네이트 강판의 경우 60,000 수준의 TWIP강을 활용하므로 종래에 이루기 힘들었던 고강도, 고연신(가공성), 경량화를 동시에 만족할 수 있다.

상기 강판의 조성은 중량%로, C: 0.01~1.0%, Mn: 8~30%, P: 0.1%이하, S: 0.02%이하, N: 0.1%이하를 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물인 것이 바람직하다.

상기 강판은 Al: 0.01~3% 및 Si: 0.01~3%의 1종 또는 2종을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 강판은 Sn: 0.005~0.2%, Sb: 0.005~0.2% 및 B: 0.0001~0.01%의 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 강판은 Ni: 0.005~2.0% 및 Cr:0.005~5.0%의 1종 또는 2종을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 강판은 Ti: 0.005~0.5%, Nb: 0.005~0.5%, V: 0.005~0.5% 및 W: 0.005~1% 의 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 수지층은 상기 2매 이상의 강판을 접착시키는 역할을 한다. 상기 수지층을 통해, 본 발명의 라미네이트 강판은 경량화를 도모할 수 있다. 상기 수지층은 강판 사이에 위치하여 프레스, 롤포밍, 성형 등의 금속가공 도중에 탈락이 발생하지 않는 접착성을 확보하여야 하며, 자동차 부품 등의 제조시 용접이 가능하기 위해서, 전도성 수지인 것이 바람직하다.

상기 수지층에 사용되는 전도성 수지는 100℃ 이상에서 고온 접착성이 우수한 전도성 수지인 것이 바람직하다.

상기 수지층의 손실계수는 0.1 이하인 것이 바람직하다.

이러한, 수지층 물질로는 금속분말이나 흑연분말의 혼합물이 사용될 수 있으며, 폴리아세틸렌, 폴라아닐린계의 전기전도성 수지 등이 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 라미네이트 강판을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

본 발명에서 상기 라미네이트 강판을 제조하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 행해지는 방법에 의한다. 바람직한 일예로는 먼저, 상기 조성을 만족하는 냉연코일 또는 열연코일 형태의 강판을 2 이상 준비한다. 이후, 상기 2 이상의 강판을 강판을 풀어가면서, 강판과 강판 사이에 상기 접착성 수지층 물질을 도포한 후, 이를 열압착 등의 방법으로 접합하는 방법으로 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

(실시예)

먼저, 본 발명에 의해 제조된 라미네이트 강판과 동일 두께의 알루미늄 판재의 단면굽힘강성을 평가하여 경량도 및 고강성을 비교 평가하였다.

즉, 0.7㎜의 두께를 갖는 알루미늄 판재를 준비하고, 0.5㎜의 접착 수지층을 갖고, 각 0.1㎜의 두께를 갖는 강판을 이용하여, 0.7㎜의 두께를 갖는 라미네이트 강판을 제조하였다.

상기 알루미늄 판재의 단면굽힘강성이 1.97Nm이었고, 상기 라미네이트 강판의 경우는 3.03Nm 수준으로 평가되었다. 이는 상기 라미네이트 강판이 우수하며 환산밀도의 경우도 알루미늄: 2.7g/cm³, 라미네이트 강판: 2.2g/cm³ 수준으로 라미네이트 강판이 알루미늄 대비 가벼움을 알 수 있다.

상기 단면굽힘강성과, 환산밀도는 다음의 식으로 계산되었다.

알루미늄 단면굽힘강성: E (t³ / 12)

라미네이트강 단면굽힘강성: E (t1³ / 6 + t1*d² / 2)

※ 사용기호: t(알루미늄판 두께=7mm), t1(라미네이트 강판 양측 강판 두께=1mm), d(라미네이트 강판 양측 강판 중심 사이의 거리=6mm), E(각 재료의 영값, Young's Modulus) 알루미늄=67GPa, TWIP강=200GPa,

알루미늄 밀도 = 2.7g/cm^3

TWIP강 밀도 = 7.7 g/cm^3

라미네이트 강판 밀도 = TWIP강 밀도 * (0.1mm + 0.1mm) / 0.7mm

1..... TWIP 박판 2.....수지층

Claims

중량%로, C: 0.01~1.0%, Mn: 8~30%, P: 0.1%이하, S: 0.02%이하, N: 0.1%이하, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 2매 이상의 고망간 강판 및
상기 강판 사이에 수지층이 포함되어 있는 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판의 두께는 0.2~0.5㎜이고, 상기 수지층의 두께는 0.1~0.6㎜인 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 인장강도 600~1000MPa, 연신율 30%이상인 TWIP(쌍정 유기 소성)강인 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 수지층은 100℃ 이상에서 고온 접착성이 우수한 전도성 수지로 형성된 것인 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판 2매의 두께와 수지층의 두께비는 0.3 이하인 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 중량%로, Al: 0.01~3% 및 Si: 0.01~3%의 1종 또는 2종을 더 포함하는 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 Sn: 0.005~0.2%, Sb: 0.005~0.2% 및 B: 0.0001~0.01%의 1종 이상을 더 포함하는 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 Ni: 0.005~2.0% 및 Cr:0.005~5.0%의 1종 또는 2종을 더 포함하는 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 Ti: 0.005~0.5%, Nb: 0.005~0.5%, V: 0.005~0.5% 및 W: 0.005~1% 의 1종 이상을 더 포함하는 고강도 경량 라미네이트 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 수지층의 손실계수가 0.1 이하인 고강도 경량 라미네이트 강판.