KR20160024681A

KR20160024681A - 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20160024681A
Application number: KR1020140111812A
Authority: KR
Inventors: 박진성; 권순환
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-07

Abstract

우수한 저온 충격인성 및 굽힘 특성을 갖는 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법은 (a) 중량%로, C : 0.2 ~ 0.2%, Si : 1.0 ~ 1.5%, Mn : 1.5 ~ 2.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05%, B : 0.002% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 열연판재를 냉간압연하는 단계; (b) 상기 냉간압연된 판재를 Ac3점 + 10℃ ~ Ac3점 + 100℃의 오스테나이트 단상역 구간에서 소둔 열처리하는 단계; (c) 상기 소둔 열처리된 판재를 Ms 직상까지 냉각하는 단계; 및 (d) 상기 냉각된 판재를 Ms 직상 ~ Ms 직상 + 100℃에서 템퍼링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 냉연강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 우수한 저온 충격인성 및 굽힘 특성을 갖는 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차 안전성 향상 및 경량화 추세에 따라 자동차 차체에 적용되는 소재에 대하여 고강도를 구현하기 위한 노력이 꾸준히 진행되고 있다.

특히, 1000MPa 이상의 인장강도를 갖는 초고강도를 확보하기 위해서는 열처리를 통하여 경질의 변태조직 분율을 확보하고 있다. 그러나, 이러한 경질조직은 상대적으로 신율의 저하를 초래하며 경질조직의 형상 및 분포 특성에 따라 굽힘성 등의 부품 성형특성이 결정된다. 이때, 미세조직 특성에 따라 신율이 우수하면 드로잉성이 우수하지만 굽힘 특성은 저하되고 굽힘 특성이 우수하면 드로잉성이 저하된다.

현재, 인장강도 1200MPa 이상의 초고강도를 갖는 냉연강판은 범퍼빔과 실사이드와 같은 충돌부에 많이 적용되고 있으며, 이를 위해 외부 충돌에 잘 견디면서도 파단이 일어나지 않는 소재를 개발하는 것이 필요한 상황이다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-0849974호(2008.08.01. 공고)가 있다.

본 발명의 목적은 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 우수한 저온 충격인성 및 굽힘 특성을 갖는 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법은 (a) 중량%로, C : 0.2 ~ 0.2%, Si : 1.0 ~ 1.5%, Mn : 1.5 ~ 2.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05%, B : 0.002% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 열연판재를 냉간압연하는 단계; (b) 상기 냉간압연된 판재를 Ac3점 + 10℃ ~ Ac3점 + 100℃의 오스테나이트 단상역 구간에서 소둔 열처리하는 단계; (c) 상기 소둔 열처리된 판재를 Ms 직상까지 냉각하는 단계; 및 (d) 상기 냉각된 판재를 Ms 직상 ~ Ms 직상 + 100℃에서 템퍼링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판은 중량%로, C : 0.2 ~ 0.2%, Si : 1.0 ~ 1.5%, Mn : 1.5 ~ 2.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05%, B : 0.002% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되며, 최종 미세조직이 베이나이트(carbide free bainite : CBF), 잔류오스테나이트(retained austenite) 및 마르텐사이트(martensite)를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통해 탄화물이 없는 베이나이트(carbide free bainite) 기지에 잔류오스테나이트(retained austenite) : 8 ~ 12vol% 및 마르텐사이트(martensite) : 3 ~ 7vol%를 분포시킴으로써, 우수한 충격인성 및 굽힘 특성을 확보함과 동시에 13% 이상의 고 연신율을 확보함으로써, 인장강도 1200MPa 이상의 초 고강도 냉연강판에서의 성형성 한계를 극복할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법을 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 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

고강도 냉연강판

본 발명에 따른 고강도 냉연강판은 중량%로, C : 0.2 ~ 0.2%, Si : 1.0 ~ 1.5%, Mn : 1.5 ~ 2.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05%, B : 0.002% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성된다.

이때, 상기 냉연강판은 최종 미세조직이 베이나이트(carbide free bainite : CBF), 잔류오스테나이트(retained austenite) 및 마르텐사이트(martensite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 단면 면적율로, 베이나이트(carbide free bainite : CBF) : 82 ~ 88%, 잔류오스테나이트(retained austenite) : 8 ~ 12% 및 마르텐사이트(martensite) : 3 ~ 7%를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 강판은 상기 미세조직 제어를 통하여, 인장강도(TS) 1180MPa 이상, 항복강도(YP) 880MPa 이상, 연신율(El) 13% 이상 및 -5℃에서의 충격흡수에너지 : 100J 이상의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.

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

탄소(C)

탄소(C)는 강판의 강도 확보를 위해 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우, 목표하는 강도 확보가 어렵다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.3 중량%를 초과하는 경우, 인성이 저하되고, 항복강도 상승에 의해 저항복비 달성이 어렵다.

실리콘(Si)

오스테나이트-페라이트 변태를 촉진하여 페라이트 분율을 증가시키며, 오스테나이트로 탄소(C)를 빠르게 농화시켜 안정화시킴으로써 잔류 오스테나이트 형성에 도움을 준다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 1.0 ~ 1.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 1.5 중량%를 초과할 경우 표면 특성이 열화되며, 실리콘 산화물이 표면에 농화되어 강판의 용접성 및 도금성을 급격히 저하시키는 요인이 된다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 성분으로서, 소둔 처리후 급냉하는 동안 오스테나이트에서 펄라이트로 변태를 지연시키기 때문에, 냉각하는 동안 마르텐사이트 조직을 안정하게 형성하는데 기여한다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 1.5 ~ 2.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.5 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 2.0 중량%를 초과하면 되면 소둔 처리 과정에서 MnO 등의 산화물을 형성하여 강판의 도금성이 열화된다.

인(P)

인(P)은 고용강화에 의하여 강도를 증가시킨다. 또한, 인(P)은 오스테나이트로 탄소 농화를 촉진시키는 역할을 한다.

상기 인(P)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 0.015 ~ 0.030중량%의 함량비로 함유되는 것이 바람직하다. 인(P)의 함량이 0.015 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 인(P)의 함량이 0.030 중량%를 초과하는 경우, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 용접성을 악화시킬 수 있다.

황(S)

황(S)은 강판의 연성 및 용접성을 저해하는 요소이다. 만일, 황(S)의 함량이 0.003 중량%를 초과할 경우에는 고용된 황(S)의 함량이 너무 많아 연성 및 성형성이 크게 낮아질 수 있으며, 적열취성의 우려가 있다. 따라서, 상기 황(S)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 0.003 중량% 이하로 제한하였다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 탈산제로 작용한다.

상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄의 함량이 0.05 중량%를 초과하는 경우, 저항복비 달성이 어려워질 수 있다.

보론(B)

보론(B)은 강의 소입성을 향상시키는 원소로, Fe내 고용되거나 강 중의 N과 결합하여 BN상을 석출시켜 강판의 강도를 증가시킨다. 또한, 결정립계를 강화하여 2차 가공취성을 향상시키는 효과가 있다.

다만, 보론(B)의 첨가량이 0.002 중량%를 초과하는 경우, 결정립계에 편석을 발생시켜 재질의 열화를 가져오는 문제점이 있다. 따라서, 상기 보론(B)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 0.002 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

고강도 냉연강판 제조 방법

이하, 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법은 냉간압연 단계(S110), 소둔 열처리 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 템퍼링 처리 단계(S140)를 포함한다.

냉간압연

냉간압연 단계(S110)에서는 열연판재를 냉간압연한다.

냉간압연은 대략 50 ~ 80%의 압하율로 수행될 수 있다. 냉간압연의 압하율이 50% 미만일 경우, 소둔 처리시 재결정 집합조직의 발달이 불충분할 수 있다. 반대로, 냉간압연의 압하율이 80%를 초과하는 경우, 압연 부하가 커져 강판 제조 비용이 증가할 수 있다.

이때, 열연판재는 중량%로, C : 0.2 ~ 0.2%, Si : 1.0 ~ 1.5%, Mn : 1.5 ~ 2.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05%, B : 0.002% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 판재를 재가열, 열간압연 및 냉각/권취하는 과정에 의해 제조될 수 있다.

재가열은 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1150 ~ 1250℃에서 실시될 수 있다.

열간압연은 재가열된 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : Ar3 ~ Ar3 + 100℃ 조건으로 마무리 열간압연하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도(FDT)가 Ar3 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 Ar3 + 100℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화 되어 소부경화능 및 내시효성이 감소한다.

냉각/권취는 열간압연된 판재를 50 ~ 100℃/sec의 속도로 CT(Coiling Temperature) : 600 ~ 700℃까지 냉각하여 권취하는 것이 바람직하다. 이때, 권취 온도가 600℃ 미만일 경우에는 강도 확보에는 유리하나, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 700℃를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.

소둔 열처리

소둔 열처리 단계(S120)에서는 냉간압연된 판재를 Ac3 변태점 이상, 보다 바람직하게는 Ac3점 + 10℃ ~ Ac3점 + 100℃의 오스테나이트 단상역 구간에서 소둔 열처리한다.

이러한 소둔 열처리에 의해, 재결정과 결정립 성장을 통하여 (111) 집합조직을 발달시켜, 강판의 드로잉성을 향상시키고, 미세한 복합 석출물을 재용해하여 고용탄소를 용출한다.

특히, 본 발명에서 소둔 열처리는 오스테나이트 단상역 구간에 830 ~ 860℃에서 60 ~ 150초 동안 실시하는 것이 보다 바람직하다.

소둔 열처리 온도가 830℃ 미만이거나, 소둔 열처리 시간이 60초 미만일 경우, 충분한 연성을 확보하기 어렵다. 반대로, 소둔 열처리 시간이 860℃를 초과하거나, 소둔 열처리 시간이 150초를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립 크기 증가로 인하여 강판의 물성이 저하될 수 있다.

냉각

냉각 단계(S130)에서는 소둔 열처리된 판재를 Ms 직상까지 냉각한다.

이때, 냉각은 10 ~ 50℃/sec의 속도로 실시하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 10℃/sec 미만일 경우, 냉각 과정에서 원하지 않은 조직들이 다량 형성될 수 있다. 반대로, 냉각 속도가 50℃/sec를 초과하는 경우, 재질 불균일의 문제가 발생할 수 있다.

템퍼링

템퍼링 단계(S140)에서는 냉각된 판재를 Ms 직상 ~ Ms 직상 + 100℃에서 템퍼링한다. 보다 구체적으로, 템퍼링은 300 ~ 400℃에서 250 ~ 350초 동안 실시할 수 있다. 이러한 템퍼링을 수행하는 것에 의해, 마르텐사이트의 일부가 템퍼드 마르텐사이트로 변태된다.

이때, 템퍼링 온도가 300℃ 미만이거나, 템퍼링 시간이 250초 미만일 경우, 템퍼링에 의한 연신율 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 템퍼링 온도가 400℃를 초과하거나, 템퍼링 시간이 350초를 초과하는 경우, 강도가 급격히 저하될 수 있다.

상기의 과정으로 제조되는 고강도 냉연강판은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통해 탄화물이 없는 베이나이트(carbide free bainite) 기지에 잔류오스테나이트(retained austenite) : 8 ~ 12vol% 및 마르텐사이트(martensite) : 3 ~ 7vol%를 분포시킴으로써, 우수한 충격인성 및 굽힘 특성을 확보함과 동시에 13% 이상의 고 연신율을 확보함으로써, 인장강도 1200MPa 이상의 초 고강도 냉연강판에 대한 성형성의 한계를 극복하였다.

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. 시편 제조

표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편을 제조하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

2. 미세조직 및 기계적 특성 평가

표 3은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들에 대한 미세조직 및 기계적 특성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 3]

표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 최종 미세조직이 베이나이트(carbide free bainite : CBF), 잔류오스테나이트(retained austenite : RA) 및 마르텐사이트(martensite : M)를 포함하는 복합 조직을 갖는데 기인하여, 1225MPa의 인장강도(MPa)를 가지면서도 15%의 높은 연신율(EL)을 갖는 고항복, 고연신 특성을 나타낸다.

반면, 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들의 경우, 인장강도(TS)는 목표값을 만족하였으나, 연신율(EL)이 목표값에 미달하는 것을 볼 수 있는데, 이는 최종 미세조직이 템퍼드마르텐사이트(tempered matensite : TM) + 페라이트(ferrite : F)의 복합 조직으로 이루어진데 기인한 것으로 파악된다.

한편, 실시예 1에 따른 시편의 경우, -5℃에서의 충격흡수에너지가 100J 이상을 갖는데 반해, 비교예 1 ~ 2에 따른 시편의 경우에는 -5℃에서의 충격흡수에너지가 100J 이하로 측정되어 실시예 1에 비하여 저온 충격인성이 열위하였다.

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 : 냉간압연 단계
S120 : 소둔 열처리 단계
S130 : 냉각 단계
S140 : 템퍼링 단계

Claims

(a) 중량%로, C : 0.2 ~ 0.2%, Si : 1.0 ~ 1.5%, Mn : 1.5 ~ 2.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05%, B : 0.002% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 열연판재를 냉간압연하는 단계;
(b) 상기 냉간압연된 판재를 Ac3점 + 10℃ ~ Ac3점 + 100℃의 오스테나이트 단상역 구간에서 소둔 열처리하는 단계;
(c) 상기 소둔 열처리된 판재를 Ms 직상까지 냉각하는 단계; 및
(d) 상기 냉각된 판재를 Ms 직상 ~ Ms 직상 + 100℃에서 템퍼링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 소둔 열처리는
830 ~ 860℃에서 60 ~ 150초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 냉각은
10 ~ 50℃/sec의 속도로 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 템퍼링은
300 ~ 400℃에서 250 ~ 350초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
중량%로, C : 0.2 ~ 0.2%, Si : 1.0 ~ 1.5%, Mn : 1.5 ~ 2.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05%, B : 0.002% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되며,
최종 미세조직이 베이나이트(carbide free bainite : CBF), 잔류오스테나이트(retained austenite) 및 마르텐사이트(martensite)를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.
제5항에 있어서,
상기 냉연강판은
단면 면적율로, 베이나이트(carbide free bainite : CBF) : 82 ~ 88%, 잔류오스테나이트(retained austenite) : 8 ~ 12% 및 마르텐사이트(martensite) : 3 ~ 7%를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.
제5항에 있어서,
상기 냉연강판은
인장강도(TS) 1180MPa 이상, 항복강도(YP) 880MPa 이상, 연신율(El) 13% 이상 및 -5℃에서의 충격흡수에너지 : 100J 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.