KR20150060211A - 자동차 외판용 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차에 외판에 적합한 냉연강판 및 그 제조 방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.002%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.2~0.4%, 인(P) : 0.02~0.04%, 황(S) : 0.007% 이하, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 티타늄(Ti) : 0.02~0.03%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 보론(B) : 3~6%, 질소(N) : 0.0024% 이하를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열하고, Ar3점 이상의 온도에서 열간압연한 후, 냉각하여 650℃ 이상의 온도에서 권취하는 단계; (b) 상기 권취된 판재를 산세한 후, 냉간압연하는 단계; (c) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리한 후, Ms점 이하의 온도까지 냉각하는 단계; 및 (d) 상기 냉각된 판재를 조질압연하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법을 제공한다.

Description

자동차 외판용 냉연강판 및 그 제조방법 {STEEL SHEET FOR OUTER PANEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차에 외판에 적합한 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차용 외판재는 성형시 형상동결성을 확보하기 위한 저항복비 특성이 요구된다. 반면, 성형 후 완성 제품인 자동차에서는 외부에서 가해진 응력에 대해 쉽게 변형되지 않는 내덴트성이 필요하다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2000-0016460호(2000.03.25. 공개)에 개시되어 있는 내시효성이 우수한 도장인화 경화형 냉간압연 강판 및 그의 제조 방법이 있다.

본 발명의 목적은 자동차 외판재에 적합한 물성을 가지는 냉연강판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 성형성과 내덴트성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.002%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.2~0.4%, 인(P) : 0.02~0.04%, 황(S) : 0.007% 이하, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 티타늄(Ti) : 0.02~0.03%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 보론(B) : 3~6%, 질소(N) : 0.0024% 이하를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열하고, Ar3점 이상의 온도에서 열간압연한 후, 냉각하여 650℃ 이상의 온도에서 권취하는 단계; (b) 상기 권취된 판재를 산세한 후, 냉간압연하는 단계; (c) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리한 후, Ms점 이하의 온도까지 냉각하는 단계; 및 (d) 상기 냉각된 판재를 조질압연하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법을 제공한다.

상기 냉간압연은 압하율 76~78% 로 수행되는 것이 바람직하고, 상기 소둔 처리는 소둔온도는 830~840℃ 로 수행되는 것이 바람직하며, 상기 조질압연은 1.0~2.0% 압하율로 수행되는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명은 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.002%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.2~0.4%, 인(P) : 0.02~0.04%, 황(S) : 0.007% 이하, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 티타늄(Ti) : 0.02~0.03%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 보론(B) : 3~6%, 질소(N) : 0.0024% 이하를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 항복강도(YP) 180MPa 이상, 인장강도(TS) 320MPa 이상, 연신율(EL) 43% 이상, 이방성계수(r-bar) 2.0 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 냉연강판을 제공한다.

본 발명에 따른 강판 제조 방법에 의하면, 합금 성분 조절과 함께 열연공정 제어, 소둔 열처리 제어 및 조질압연 제어를 통하여, 항복강도 180MPa 이상, 인장강도 320MPa 이상, 연신율 43% 이상, 이방성계수(r-bar) 2.0 이상의 냉연강판을 제조할 수 있는 효과를 가져온다.

따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 냉연강판의 경우, 심가공에 적합한 연신율과 이방성 계수를 유지하며, 항복강도 향상을 통한 내덴트성이 우수하여, 이들 물성을 요구하는 자동차 외판용으로 활용되기에 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판용 냉연강판 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

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.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동차 외판용 냉연강판 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

냉연강판

본 발명에 따른 강판은, 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.002%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.2~0.4%, 인(P) : 0.02~0.04%, 황(S) : 0.007% 이하, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 티타늄(Ti) : 0.02~0.03%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 보론(B) : 3~6%, 질소(N) : 0.0024% 이하를 포함하고, 상기 성분들 외 나머지는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

마르텐사이트 조직은 오스테나이트(Austenite)조직에서 무확산 변태에 의한 과포화 탄소를 함유한 조직으로, 탄소는 이러한 마르텐사이트 조직 형성에 기여한다.

상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.001~0.002중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.001중량% 미만일 경우, 마르텐사이트 조직을 형성하기 어렵다. 반대로, 탄소 함량이 0.002중량%를 초과하는 경우, 열연 단계에서 퍼얼라이트(Pearlite), 세멘타이트(Cementite)등과 같은 탄화물 조직이 생성되고, 이로 인하여 냉연 단계에서 전단띠(Shear Band)의 양이 증가하고, 또한 소둔 열처리 단계에서 111//ND 집합조직의 발달을 저해하는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘은 고용강화를 통한 강판의 강도 향상에 기여한다.

상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0.03중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.03중량%를 초과하는 경우, 강판 표면에 산화물을 다량 형성하여 가공성을 저하시키는 문제점이 있다.

망간(Mn)

망간은 효과적인 소입성 원소로서, 소둔 처리 후 냉각시 마르텐사이트 형성에 기여한다.

상기 망간은 강판 전체 중량의 0.2~0.4 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 망간의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 함량이 0.4 중량%를 초과하면 상변태 시작 온도가 낮아지고, 재결정에 의해 111//ND 집합조직이 발달하기 전에 상변화가 발생하여 성형성이 열화 되고, 망간의 표면산화에 의해 표면품질문제를 야기할 수 있다.

인(P)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 내시효성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다.

이에 본 발명에서는 인의 함량을 강판 전체 중량의 0.02~0.03중량% 로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 MnS를 형성하여 유효 망간 함량을 감소시키고, MnS에 이한 표면 결함을 야기할 수 있다.

이에 본 발명에서는 황의 함량을 강판 전체 중량의 0.007중량% 이하로 제한하였다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 석출물 형성원소로서 강의 강도에 가장 큰 영향을 주는 원소 중 하나이며, 강 중에 탄질화물을 석출하거나 Fe 내 고용강화를 통하여 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 특히, 니오븀계 석출물들은 1200℃ 정도의 슬라브 재가열 과정에서 고용된 후 열간압연 중 미세하게 석출하여 강의 강도를 효과적으로 증가시킨다. 니오븀은 결정립을 미세화시키고, 미세한 NbC 석출물에 의한 수소취성 억제 효과를 발휘한다.

니오븀이 0.005 중량% 미만으로 첨가되면 수소취성 억제 효과가 부족해지며, 니오븀이 0.015 중량%를 초과하여 첨가되면 과다한 석출물 형성에 의하여 롤포스(Roll Force)가 증가되어 압연성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 니오븀은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.005~0.015 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)

티타늄 (Ti) 원소는 강력한 탄질화물 형성 원소로서, 강중에 질소와 3.4 : 1의 비율로 결합하여 고용 질소를 저하시키며 그 첨가량은 고용 질소량에 따라 결정한다.

티타늄은 TiN 우선 석출로, BN 석출을 억제한다. BN이 석출되면 보론(B)의 경화능 효과가 감소하게 된다. 티타늄은 또한 결정립 미세화 효과를 가져온다.

상기 티타늄의 함량은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.03 중량%인 것이 바람직하다. 티타늄이 0.02 중량% 미만으로 첨가되면 그 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄이 0.03 중량%를 초과할 경우 강중의 탄소와 결합하여 항복비를 높이는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

본 발명에서 알루미늄(Al)은 탈산제로서 사용될 뿐만 아니라, 특히 Ac3 변태를 지연시켜 오스테나이트내 탄소 농화도를 높일 수 있는 원소로써, 소둔 처리 후 냉각 과정에서 경질상의 마르텐사이트를 만드는데 효과적인 원소이다.

상기 알루미늄은 강판 전체 중량의 0.02~0.06 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.06 중량%를 초과하면 개재물 증가의 위험과 소둔 처리 과정에서 표면산화 현상을 야기할 수 있고, 도금성이 저하될 수 있다.

보론(B)

보론(B)은 소입성 원소로서, 본 발명에서 소둔처리 후 냉각시에 강의 마르텐사이트 형성에 크게 기여한다.

특히, 보론은 페라이트 변태를 지연함으로써 저속 냉각 조건에서도 마르텐사이트가 형성되는데 크게 기여한다.

상기 보론은 강판 전체 중량의 3~10 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론의 첨가량이 3 중량% 미만일 경우, 페라이트 변태 지연 효과가 불충분하여 저속 냉각 조건에서 충분한 마르텐사이트 분율을 확보하기 어렵다. 반대로, 보론의 첨가량이 6 중량%를 초과하여 첨가될 경우, 강의 인성을 저해하는 문제점이 있다.

질소(N)

질소(N)는 강 내부에 개재물을 발생시켜 강판의 내부 품질을 저하시킨다.

이에 본 발명에서는 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0.0024 중량% 이하로 제한하였다.

본 발명에 따른 강판은 상기 합금성분들 및 후술하는 공정 제어에 의하여, 항복강도(YP) 180MPa 이상, 인장강도(TS) 320MPa 이상, 연신율(EL) 43% 이상, 이방성계수(r-bar) 2.0 이상의 기계적 물성을 가질 수 있다.

강판 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 강판 제조 방법은 열연 단계(S110), 냉연 단계(S120), 소둔 열처리 단계(S130) 및 조질압연 단계(S140)를 포함한다.

우선, 열연 단계(S110)에서는 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.002%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.2~0.4%, 인(P) : 0.02~0.04%, 황(S) : 0.007% 이하, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 티타늄(Ti) : 0.02~0.03%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 보론(B) : 3~6%, 질소(N) : 0.0024% 이하를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재로부터 열연재를 제조한다.

보다 구체적으로, 열연 단계(S110)에서는 상기 합금 성분을 갖는 슬라브 판재를 대략 1200℃ 정도에서 재가열하고, Ar3점 이상의 온도(900℃ 이상)에서 열간압연한 후, 냉각하여 권취한다.

이때, 권취 온도는 650℃ 이상인 것이 바람직하다. 650℃ 미만의 온도에서 권취시 퍼얼라이트(Pearlite), 세멘타이트(Cementite)와 같은 제 2상 탄화물들이 생성되어 냉간압연 시 집합조직의 열화를 야기하는 전단띠(Shear Band)가 발생할 수 있으므로, 650℃ 이상의 고온에서 권취를 실시하여 열연조직을 폴리고날 페라이트(Polygonal Ferrite)로 제어한다. 이 경우, 제조되는 강판의 가공성을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 냉연 단계(S120)에서는 권취된 판재를 산세한 후, 대략 70~80%의 압하율로 냉간압연한다.

냉간압연은 열연강판을 최종 목적 두께로 만들기 위한 공정으로, 강판의 성형성과 항복강도 등과 같은 기계적 물성을 제어한다.

냉간압연율의 압하율에 변화를 주며, 항복강도, 인장강도, 연신율, 이방성계수를 측정한 결과, 압하율에 따라 항복강도, 인장강도, 연신율의 변화는 크지 않았으나, 심가공성을 정량적으로 나타내는 이방성(r-bar, delta r)의 변화가 크게 나타났다. 이들을 고려할 때 냉간압연은 압연율은 76~78% 가 바람직하다.

다음으로, 소둔 열처리 단계(S130)에서는 최종 제조되는 강판의 미세 조직 제어를 위하여 냉간압연된 판재를 소둔 처리하여 오스테나이트 분율을 제어한 후, Ms점 이하의 온도까지 냉각한다.

소둔온도는 냉간압연 후 열처리를 통해 미세 조직 및 기계적 특성을 제어하는데 영향을 미친다.

소둔온도에 변화를 주며, 항복강도, 인장강도, 연신율, 이방성계수를 측정한 결과 소둔 온도가 감소함에 따라 항복강도는 상승하나, 연신율과 이방성 계수는 감소하는 결과를 나타냈다. 적정 항복강도와, 연신율 및 이방성 계수를 유지하기 위해서는 소둔 온도가 830~840℃ 인 것이 바람직하다.

다음으로, 조질압연 단계(S140)에서는 냉각된 판재를 조질압연(Skin Pass Mill; SPM)하여 전위 밀도를 증가시킨다.

조질압연은 열처리 후 강판의 형상 제어를 위한 공정으로, 열처리후 강판에 일정량의 소성가공을 부여하겨, 강판내 가공경화를 유발하기 위한 것이다.

조질압연의 압연율에 변화를 주며, 항복강도, 인장강도, 연신율, 이방성계수를 측정한 결과, 압연율이 높을 수록 항복 강도가 상승하는 결과를 나타냈다.

그러나, 조질압연은 압연율은 연신율 및 이방성과 같은 성형성 인자에는 영향을 미치지 않았다.

항복강도 향상을 위해 조질 압연율은 1% 이상인 것이 바람직하다.

조질압연의 압하율이 2.0%를 초과하는 경우 항복강도가 증가하여 형상 동결성 열화가 발생할 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 기술분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 강판의 제조

표 1에 기재된 성분들을 포함하고 나머지 철과 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1200℃에서 2시간동안 재가열하고, 이어 열간압연을 수행하였다. 열간압연은 Ar3점 이상의 온도에 해당하는 910℃에서 마무리하였다. 열간압연된 판재를 냉각하여 660℃온도에서 권취를 수행하였다.

이후, 산세 및 냉간압연한 후, 소둔 처리한 후 20℃/sec로 Ms점 이하의 온도에 해당하는 온도까지 냉각하고, 조질압연을 실시하였다.

냉간압연의 경우 압하율에 변화를 주며 물성을 평가하고, 결과를 표2에 나타냈다.

압하율에 따라 항복강도, 인장강도, 연신율의 변화는 크지 않았으나, 심가공성을 정량적으로 나타내는 이방성(r-bar, delta r)의 변화가 크게 나타났다. 이들을 고려할 때 냉간압연은 압연율은 76~78% 가 바람직한 것으로 나타났다.

소둔 열처리의 경우 소둔온도에 변화를 주며 물성을 평가하고, 결과를 표3에 나타냈다.

소둔 온도가 감소함에 따라 항복강도는 상승하나, 연신율과 이방성 계수는 감소하는 결과를 나타냈다. 적정 항복강도와, 연신율 및 이방성 계수를 유지하기 위해서는 소둔 온도가 830~840℃ 인 것이 바람직한 것으로 나타났다.

조질압연의 경우 조질압연 압하율에 변화를 주며 물성을 평가하고, 결과를 표4에 나타냈다.

조질압연은 압연율은 연신율 및 이방성과 같은 성형성 인자에는 영향을 미치지 않았다. 항복강도 향상을 위해 조질 압연율은 1~2% 가 바람직한 것으로 나타났다.

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.

Claims (5)

1. (a) 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.002%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.2~0.4%, 인(P) : 0.02~0.04%, 황(S) : 0.007% 이하, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 티타늄(Ti) : 0.02~0.03%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 보론(B) : 3~6%, 질소(N) : 0.0024% 이하를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 재가열하고, Ar3점 이상의 온도에서 열간압연한 후, 냉각하여 650℃ 이상의 온도에서 권취하는 단계;
   (b) 상기 권취된 판재를 산세한 후, 냉간압연하는 단계;
   (c) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리한 후, Ms점 이하의 온도까지 냉각하는 단계; 및
   (d) 상기 냉각된 판재를 조질압연하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉간압연은 압하율 76~78% 로 수행되는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 소둔 처리는 소둔온도는 830~840℃ 로 수행되는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 조질압연은 1.0~2.0% 압하율로 수행되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
   
5. 중량%로, 탄소(C) : 0.001~0.002%, 실리콘(Si) : 0.03% 이하, 망간(Mn) : 0.2~0.4%, 인(P) : 0.02~0.04%, 황(S) : 0.007% 이하, 니오븀(Nb) : 0.005~0.015%, 티타늄(Ti) : 0.02~0.03%, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 보론(B) : 3~6%, 질소(N) : 0.0024% 이하를 포함하며, 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
   항복강도(YP) 180MPa 이상, 인장강도(TS) 320MPa 이상, 연신율(EL) 43% 이상, 이방성계수(r-bar) 2.0 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 냉연강판.

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