KR20150137646A - 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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현대제철 주식회사
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Abstract

소부경화 특성 및 내시효 특성이 우수한 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.004% 이하, 실리콘(Si) : 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0.3~0.8%, 인(P) : 0.03~0.07%, 황(S) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하, 보론(B) : 0.001% 이하 및 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 소부경화 특성(BH)가 35MPa 이상이고, 시효지수(A.I)가 30MPa 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

강판 및 그 제조 방법 {STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소부경화 특성 및 내시효성이 우수한 강판 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.
소부경화강은 이러한 양면성을 만족시킬수 있는 강종으로 강중에 고용탄소를 잔류시켜 도장소부 과정에서 전위로의 탄소확산을 이용하여 최종제품의 항복강도를 높여 내덴트성을 확보할 수 있다. 통상 소부경화강은 도장소부 이후 3Kgf/mm2 이상의 항복강도 증가를 보증한다.
하지만 고용탄소는 도장 소부 조건 이외의 상온상태에서도 어느 정도 활성도를 가지며, 상온에서 시효현상 및 항복점 연신을 발생시키는 원인이 된다.
시효현상은 가동전위에 고용탄소가 고착되어 전위의 이동을 방해하기 때문에 생기는 현상이다. 시효현상 역시 고용탄소량에 비례적으로 증가하며, 시효현상을 억제하기 위하여, 강중의 고용탄소량을 0.001중량% 정도로 제어하는 방법이 널리 이용되어 왔다. 하지만 강중의 고용탄소량은 성분 및 제조공정의 다양한 공정변수로 인해 변화하며, 보관되는 온도 조건에 따라 언제든 시효현상이 발생 할 수 있는 조건에 노출되어 있다.
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 소부경화 특성 및 내시효성이 우수한 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.004% 이하, 실리콘(Si) : 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0.3~0.8%, 인(P) : 0.03~0.07%, 황(S) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하, 보론(B) : 0.001% 이하 및 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 소부경화 특성(BH)가 35MPa 이상이고, 시효지수(A.I)가 30MPa 이하인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 강판은 페라이트 단상 조직을 가질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.004% 이하, 실리콘(Si) : 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0.3~0.8%, 인(P) : 0.03~0.07%, 황(S) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하, 보론(B) : 0.001% 이하 및 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지진 슬라브 판재를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 Ar3 이상에서 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계; 상기 권취된 판재를 산세한 후, 70~80%의 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 판재를 800~870℃에서 소둔 처리하는 단계; 및 상기 소둔 처리된 판재를 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 열간압연은 마무리압연온도 870~930℃ 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 권취는 520~660℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소둔 처리 후 냉각은 5~17℃/sec로 페라이트 영역까지 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법에 의하면, 알루미늄이나 보론으로 고온에서 질소를 석출함으로써 고용된 질소를 제어하여 내시효 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 0.01중량% 이하의 몰리브덴의 첨가를 통하여, 몰리브덴과 탄소 간의 다이폴(dipole) 형성을 통해 탄소의 확산속도를 제어함으로써 내시효 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 치환형 원소인 Mo의 첨가로 인해 소부경화능이 열화되는 현상을 방지하기 위해 소둔온도 및 권취온도 제어를 통해, 제조되는 강판의 소부경화능(BH)이 35MPa 이상을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 강판 제조 방법을 개략적으로 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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
강판
본 발명에 따른 강판은, 중량%로, 탄소(C) : 0.004% 이하, 실리콘(Si) : 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0.3~0.8%, 인(P) : 0.03~0.07%, 황(S) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하, 보론(B) : 0.001% 이하 및 질소(N) : 0.005% 이하를 포함한다.
상기 합금성분들 외 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도 확보를 위해 첨가된다.
상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.004중량% 이하로 함유되는 것이 바람직하고, 0.002~0.004중량%로 함유되는 것이 보다 바람직하다. 탄소의 함량이 0.004중량%를 초과하는 경우, 강도가 지나치게 높아지고 연신율이 감소하여 성형성이 저하될 수 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 0.02중량% 이하로 함유되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.02중량%를 초과하는 경우, 강판 표면에 산화물을 다량 형성하여 가공성을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)
망간은 효과적인 소입성 원소로서, 강도 향상에 기여한다.
상기 망간은 강판 전체 중량의 0.3~0.8중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 망간의 함량이 0.3중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 함량이 0.8중량%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 기여하며, 집합조직 개선효과를 나타낼 수 있으며, 이는 인의 함량이 0.03중량% 이상 함유될 때 보다 현저하다. 인은 특히 45ㅀ 방향의 r값을 제어하는데 효과적이다. 그러나 인이 강판 전체 중량의 0.07중량%를 초과하여 과다 함유될 경우 편석에 의한 표면결함과 가공취성 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 인은 불순물이 아닌 의도적으로 첨가되는 원소이며, 그 함량은 강판 전체 중량의 0.03~0.07중량%인 것이 바람직하다.
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 0.01중량% 이하로 제한하였다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 치환형 원소로서, 탄소와 다이폴(dipole)을 형성함으로써 탄소의 확산속도를 제어하며, 이를 통하여 내시효성 향상을 향상시키는데 기여한다.
상기 몰리브덴은 강판 전체 중량의 0.01중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하고, 0.005~0.007중량%로 포함될 때 소부경화능(BH)을 35MPa로 유지할 수 있으면서 시효지수(A.I)를 25MPa로 크게 낮출 수 있는 점에서 보다 바람직하다. 몰리브덴의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우, 공정 제어에 의하더라도 소부경화능이 35MPa 이상을 발휘하기 어렵다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 고온에서 질소를 석출함으로써 고용된 질소를 제어하여 내시효 특성 향상에 기여한다.
상기 알루미늄은 강판 전체 중량의 0.02~0.06중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.02중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.06중량%를 초과하는 경우, 개재물 증가의 위험과 소둔 과정에서 표면산화 현상을 야기 할 수 있다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 탄질화물 석출을 통하여 강의 강도 향상에 기여한다.
상기 니오븀은 강판 전체 중량의 0.02중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 함량이 0.02중량%를 초과하는 경우, 항복강도 향상으로 인하여 강의 항복비가 지나치게 높아질 수 있다.
보론(B)
보론(B)은 알루미늄과 함께 고온에서 질소를 석출함으로써 내시효성 향상에 기여한다.
상기 보론은 강판 전체 중량의 0.001중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론의 함량이 0.001중량%를 초과하는 경우, 강의 연성이 저하될 수 있다.
질소(N)
질소(N)는 강 내부에 개재물을 발생시켜 강판의 내부 품질을 저하시키며, 고용되지 못한 질소에 의해 내시효성이 저하되는 요인이 된다.
이에 본 발명에서는 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0.005중량% 이하로 제한하였다.
본 발명에 따른 강판은 상기 합금성분들 및 후술하는 공정 제어에 의하여, 페라이트 단상조직을 가질 수 있다. 본 발명에서 '단상 조직'이라 함은 하나의 조직의 비율이 면적률로 100%인 경우를 포함하여, 하나의 조직의 비율이 면적률로 99% 이상인 경우를 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 강판은 인장강도 340MPa 이상을 가지고, 아울러 35MPa 이상의 소부경화능(BH)을 나타내면서도 30MPa 이하, 보다 바람직하게는 25MPa 이하의 시효지수(A.I)를 나타낼 수 있다.
강판 제조 방법
도 1은 본 발명에 따른 강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간압연 단계(S120), 권취 단계(S130), 냉간압연 단계(S140), 소둔 처리 단계(S150), 냉각 단계(S160)를 포함한다.
우선, 슬라브 재가열 단계(S110)에서는 전술한 합금 조성을 갖는 슬라브 판재를 대략 1150~1220℃ 정도의 온도로 재가열한다.
다음으로, 열간압연 단계(S120)에서는 재가열된 판재를 Ar3점 이상에서 열간압연한다. 이때 열간압연은 870~930℃의 마무리압연온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다. 마무리열간압연온도가 930℃를 초과하는 경우, 결정립 조대화로 인해 강판 물성이 저하될 수 있고, 마무리열간압연온도가 870℃ 미만일 경우, 이상역 압연에 의한 혼립 조직 발생이 문제될 수 있다.
다음으로, 냉각/권취 단계(S130)에서는 열간압연된 판재를 공냉 또는 수냉 방식으로 냉각한 후, 권취한다. 이때, 권취온도는 520~660℃인 것이 바람직하다. 권취온도가 660℃를 초과하는 경우, 강도가 지나치게 낮아질 수 있다. 반대로, 권취온도가 520℃ 미만일 경우, 연신율의 저하가 발생할 수 있다.
다음으로, 냉간압연 단계(S140)에서는 권취된 판재를 산세한 후, 대략 70~80%의 압하율로 냉간압연한다.
다음으로, 소둔 열처리 단계(S150)에서는 최종 제조되는 강판의 미세 조직 제어를 위하여 냉간압연된 판재를 소둔 처리하여 오스테나이트 분율을 제어한다.
이때, 소둔 처리는 800~870℃에서 대략 50~150초 정도 수행되는 것이 바람직하다. 소둔 처리 온도가 800℃ 미만일 경우, 충분한 오스테나이트 분율을 확보하기 어렵다. 반대로, 소둔 처리 온도가 870℃를 초과하는 경우, 과도한 오스테나이트 분율로 인하여 최종 제조되는 강판의 미세 조직에 마르텐사이트가 일부 형성될 수 있다.
다음으로, 냉각 단계(S160)에서는 목표하는 미세조직을 얻기 위해 소둔 처리된 판재를 냉각한다. 이때, 냉각은 5~17℃/sec의 평균냉각속도로 페라이트 영역(대략 550~650℃)까지 수행되는 것이 바람직하다. 평균냉각속도가 5℃/sec 이상에서 상변화 과정 중 전위밀도가 증가하여 소부경화능 향상이 현저하다. 다만, 평균냉각속도가 17℃/sec를 초과하는 경우, 과다한 전위밀도 상승이 발생하며, 항복비가 높아지는 문제점이 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. 강판 시편의 제조
표 1에 기재된 성분들 및 공정조건으로 강판 시편을 제조하였다.
[표 1](단위 중량%, C, B : 중량ppm, N : 40중량ppm)
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 본 발명의 합금조성 및 공정조건을 만족하는 발명강 1~4의 경우, 높은 소부경화능 및 낮은 시효지수를 나타내어, 우수한 소부경화능 및 내시효 특성을 나타내었다. 아울러, 몰리브덴이 0.005~0.007중량%로 포함된 발명강 1~2의 경우, 높은 소부경화능을 유지하면서 25MPa 이하의 매우 낮은 시효지수를 나타낼 수 있는 것을 볼 수 있다.
반면, 몰리브덴이 첨가되지 않은 비교강 1의 경우, 시효지수가 30MPa를 초과하여 내시효성이 좋지 않다고 볼 수 있다.
또한, 몰리브덴이 0.01중량%를 초과하여 첨가된 비교강 2~3의 경우 소부 경화능이 35MPa 미만이었다.
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 (6)

  1. 중량%로, 탄소(C) : 0.004% 이하, 실리콘(Si) : 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0.3~0.8%, 인(P) : 0.03~0.07%, 황(S) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하, 보론(B) : 0.001% 이하 및 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
    소부경화 특성(BH)가 35MPa 이상이고, 시효지수(A.I)가 30MPa 이하인 것을 특징으로 하는 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 페라이트 단상 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 강판.
  3. 중량%로, 탄소(C) : 0.004% 이하, 실리콘(Si) : 0.02% 이하, 망간(Mn) : 0.3~0.8%, 인(P) : 0.03~0.07%, 황(S) : 0.01% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.02~0.06%, 니오븀(Nb) : 0.02% 이하, 보론(B) : 0.001% 이하 및 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지진 슬라브 판재를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 판재를 Ar3 이상에서 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 판재를 냉각하여 권취하는 단계;
    상기 권취된 판재를 산세한 후, 70~80%의 압하율로 냉간압연하는 단계;
    상기 냉간압연된 판재를 800~870℃에서 소둔 처리하는 단계; 및
    상기 소둔 처리된 판재를 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열간압연은 마무리압연온도 870~930℃ 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 권취는 520~660℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 소둔 처리 후 냉각은 5~17℃/sec로 페라이트 영역까지 수행되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
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