KR20160077567A - 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중량%로, C: 0.1~0.3%, Si: 1~2.5%, Mn: 2.5~8%, sol.Al: 0.001~0.5%, P: 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하 (0% 제외), Cr: 0.1~0.7%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Sb: 0.01~0.07%, Nb: 0.1 이하, B: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 아연도금층이 형성되고, 상기 아연도금층 내부의 냉연강판의 표면에서 0.1㎛의 깊이까지의 평균 Sb 함량은, 상기 냉연강판의 표면에서 0.5㎛ 이상의 깊이에서의 평균 Sb 함량보다 1.5배 이상인 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제공한다.
Description
본 발명은 자동차 차체 구조용 부재 등에 사용될 수 있는 고강도 용융아연도금강판에 관한 것으로, 더 상세하게는, 1000MPa 이상의 높은 인장강도를 가지면서도 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 지구환경 보전을 위한 이산화탄소의 규제에 따른 자동차의 경량화 및 자동차의 충돌 안정성을 향상하기 위한 자동차용 강판의 고강도화가 지속적으로 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해서 최근 1000MPa 이상의 고강도강판이 개발되어 자동차에 적용되고 있다. 강판의 강도를 높이는 방법으로는 탄소를 비롯한 강의 강화성분들의 첨가량을 증가시키는 방법으로 쉽게 높은 강도의 강판을 제조할 수 있지만, 자동차 차제용 강판의 경우 차체로 성형하는 과정에서 크랙이 발생하지 않아야 하므로 강판의 연신율도 동시에 확보되어야 한다.
자동차용 강판의 강도와 연성을 동시에 확보하기 위해서 강중에 주로 첨가하는 성분들로 Mn, Si, Al, Cr 및 Ti 등이 있으며, 이들의 첨가량을 적절히 조절하고 제조공정 조건을 제어하면 높은 강도와 연성을 갖는 강판을 제조할 수 있다. 그러나, 1000MPa 이상의 강도를 갖는 자동차용 고강도 강판을 얻기 위하여 첨가하는 Si, Mn, Al 등의 성분은 성분은 산화되기 쉬우므로, Si, Mn 및 Al 이 포함된 고강도 강판은 소둔로 중에 존재하는 미량의 산소 또는 수증기와 반응하여 강판 표면에 Si, Mn 및 Al의 단독 또는 복합산화물을 형성한다. 이러한 산화물은 아연의 젖음성을 방해하여 도금강판 표면에 국부적 혹은 전체적으로 아연이 부착되지 않은 일명 미도금이 발생하여 도금강판 표면품질을 크게 떨어뜨린다. 또한, 소둔 후 강판 표면에 산화물이 존재할 경우, 이후 도금욕에 침지될 때 도금욕중 Al과 강판의 Fe가 반응하여 형성되는 Fe-Al합금상이 형성되지 않아, 도금층과 소지철의 밀착력이 약해 강판의 성형과정에서 도금층이 탈락하게 되는 일명 도금박리 현상이 발생하게 된다. 상기와 같은 Si, Mn 및 Al의 단독 또는 복합산화물을 형성은 Si, Mn, Al등 산화성 성분의 함량이 많을수록 심해지기 때문에, 1000MPa 이상의 고강도강판의 경우 미도금 및 도금박리가 더욱 심하게 나타난다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 여러가지 해결방안이 제시되어 왔다. 그 중 특허문헌 1에서는 소둔과정에서 공기와 연료를 공연비 0.80~0.95로 제어함으로써, 산화성 분위기의 직접 화염로(direct flame furnace)내에서 강판을 산화시켜, 강판 내부 일정한 깊이까지 Si, Mn 및 Al의 단독 또는 복합산화물을 포함하는 철(Fe) 산화물을 형성시킨 다음, 환원성 분위기에서 환원소둔시켜 철(Fe) 산화물을 환원시킨 후, 용융아연도금을 실시한 용융아연도금 강판을 제공하고 있다. 이와 같이 소둔공정에서 산화 후 환원 방법을 사용하면, 강판 표층에서부터 일정 깊이에 Si, Mn, Al등 산소와 친화력이 큰 성분들이 내부산화 되어 표층으로 확산이 억제되어 상대적으로 표층에는 Si, Mn 및 Al의 단독 혹은 복합산화물이 줄어들게 되어 도금욕 중에서 아연과의 젖음성이 개선되어 미도금을 감소시킬 수 있다. 그러나 이러한 방법은 산화공정에서 생긴 철산화층 아래에 존재하는 Si, Mn 및/또는 Al로 구성된 내부 산화층이 존재하고 이들 내부 산화층은 이후의 환원공정에서 환원되지 않기 때문에 도금완료 후에 소지(환원Fe층)/도금 계면 직하 소지철에 강판 표면과 평행한 방향으로 산화물층의 형태로 존재하게 되고, 프레스 가공 시 환원층과 소지철 사이의 상기 산화물층이 존재하는 부위에서 밀착력이 크게 떨어지는 문제가 발생한다.
또한, 특허문헌 2에서는 소둔과정 중에 Si 및 Mn이 표면까지 확산하는 것을 억제하기 위해 소둔 전 강판에 철(Fe)을 10g/㎡의 부착량으로 선 도금한 후 환원소둔을 실시함으로써, 소지철 중의 Si 및 Mn이 철(Fe) 선도금층으로 확산해 오지만 두꺼운 선도금층 내에서 산화물을 형성하여 표면까지는 확산하지 못하게 하여, 표면은 산화물이 없어서 도금이 우수하고, 선도금층 내의 Si 및 Mn 산화물은 불연속적으로 분산 존재하게 하여 도금밀착성을 향상시킨 용융아연도금 강판을 제공하고 있다. 그러나, 이와 같이 두꺼운 철(Fe) 선도금층을 형성한 후 환원소둔을 실시하면 선도금층 아래에 소지철에 존재하는 Si, Mn이 표면까지 확산해오지 못하지만, 환원둔 동안에 Si, Mn등 산화성 성분이 표면까지 확산하는 것을 억제하기 위해서는 선도금 부착량을 10g/㎡이상으로 두껍게 하여야 하므로, 두꺼운 선도금층을 형성하기 위한 전기도금설비가 커지고 이로 인한 비용 증가가 수반되는 문제가 있다.
또 다른 방법으로, 특허문헌 3에서는 소둔로 내의 이슬점(Dew Point)을 높게 유지하여 산화가 용이한 Mn, Si 및 Al등의 성분을 강 내부에 내부 산화시킴으로써, 소둔 후 강판 표면에 외부 산화되는 산화물을 감소시켜 도금성을 향상시키는 방법을 제공하고 있다. 이러한 방법에 의해서 산화성 성분을 내부 산화시키면 외부산화가 감소하여 도금성을 개선할 수 있지만, 강판을 프레스 성형 시 강판에 응력이 가해지면 강판의 표층부에 존재하는 내부산화물은 외부응력에 취약하므로, 파괴가 일어나기 쉽기 때문에 강판의 크랙이 발생하기 쉬운 문제가 있다.
본 발명의 일태양은 1000MPa 이상의 높은 인장강도를 가지면서도 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일태양은 1000MPa 이상의 높은 인장강도를 가지면서도 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일태양은 중량%로, C: 0.1~0.3%, Si: 1~2.5%, Mn: 2.5~8%, sol.Al: 0.001~0.5%, P: 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하 (0% 제외), Cr: 0.1~0.7%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Sb: 0.01~0.07%, Nb: 0.1 이하, B: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 아연도금층이 형성되고, 상기 아연도금층 내부의 냉연강판의 표면에서 0.1㎛의 깊이까지의 평균 Sb 함량은, 상기 냉연강판의 표면에서 0.5㎛ 이상의 깊이에서의 평균 Sb 함량보다 1.5배 이상인 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일태양은 중량%로, C: 0.1~0.3%, Si: 1~2.5%, Mn: 2.5~8%, sol.Al: 0.001~0.5%, P: 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하 (0% 제외), Cr: 0.1~0.7%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Sb: 0.01~0.07%, Nb: 0.1 이하, B: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 제공하는 단계; 상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 Ar3이상의 온도에서 마무리 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강판을 700℃ 이하의 온도에서 권취하는 단계; 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계: 상기 냉간압연된 냉연강판을 이슬점온도 -60~-20℃이고, 750~950℃의 온도에서 5~120초 동안 재결정 소둔하는 단계; 상기 소둔된 냉연강판을 2~150℃/초의 평균 냉각속도로 200~600℃까지 냉각하는 단계; 상기 냉각된 강판을 (도금욕온도-20℃)~(도금욕온도+100℃)의 온도로 재가열 또는 냉각하는 단계; 및 상기 재가열 또는 냉각된 강판을 450~500℃의 온도로 유지되는 아연 도금욕에 침지하여 도금하는 단계를 포함하는 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법을 제공한다,
본 발명에 따라 용융아연도금강판을 제조함으로써, 자동차 차체 구조용 부재 등에 사용될 수 있는 인장 강도가 1000MPa 이상이면서도 인장강도(Mpa)×연신율(%)이 15000 이상인 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제공할 수 있다.
본 발명은 1000MPa 이상의 높은 인장강도와 우수한 성형성을 가지면서도 표면품질 및 도금밀착성 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판은 중량%로, C: 0.1~0.3%, Si: 1~2.5%, Mn: 2.5~8%, sol.Al: 0.001~0.5%, P: 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하 (0% 제외), Cr: 0.1~0.7%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Sb: 0.01~0.07%, Nb: 0.1 이하, B: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 아연도금층이 형성되고, 상기 아연도금층 내부의 냉연강판의 표면에서 0.1㎛의 깊이까지의 평균 Sb 함량은, 상기 냉연강판의 표면에서 0.5㎛ 이상의 깊이에서의 평균 Sb 함량보다 1.5배 이상이다.
이하, 상기 강재의 성분조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다 (하기 성분조성은 특별한 기재가 없는 한 모두 중량%를 의미한다).
탄소(C): 0.1~0.3%
C는 마르텐사이트 강도 확보를 위하여 필요하므로 0.1% 이상 첨가되어야 하나, 0.3%를 초과하면 연성과 굽힘가공성 및 용접성이 감소하여 프레스 성형 및 롤가공성이 나빠지는 단점이 있으므로, C의 함량은 0.1~0.3%가 바람직하다.
실리콘(Si): 1~2.5%
Si는 강의 항복강도를 향상시킴과 동시에 실온에서 페라이트 및 잔여 오스테나이트를 안정화시므로, 1% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 또한, Si는 오스테나이트로부터 냉각 시 시멘타이트의 석출을 억제하고, 탄화물의 성장을 현저히 저지하므로서 TRIP(Tranformation Induced Plasticity)강의 경우 충분한 양의 잔여 오스테나이트를 안정화시키는데 기여한다. 따라서 본 발명에서와 같이 인장강도 1000MPa 이상이면서 인장강도(MPa)×연신율(%)= 15000이상을 확보하는데 필수적이다. 반면 너무 많이 첨가될 경우 열간압연 부하가 증가하여 열연크랙을 유발할 뿐만 아니라, 다른 성분과 제조방법이 본 발명의 범위를 만족하더라도 소둔 후 표면의 Si농화량이 많아져 도금성이 열위해지므로 2.5%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 2.5~8%
의 함량은 2.5~8%가 바람직하다. 강중 Mn은 페라이트 형성을 억제하고 오스테나이트를 안정하게 하는 경화능 증가 원소로 잘 알려져 있다. 강판의 인장강도를 1000Mpa 이상 확보하는데 Mn이 2.5% 이상이 필요하다. Mn함량이 증가할수록 강도확보는 용이하나, 소둔과정에서 Mn의 표면산화량 증가에 의해 본 발명의 제조방법에 의해서도 도금성 확보가 어려우므로 8%이하로 제한함이 바람직하다.
알루미늄(sol.Al): 0.001~0.5%
Al은 제강 공정에서 탈산을 위해 첨가되는 원소이며, 탄질화물 형성원소이다. Al은 페라이트역을 확대하는 합금원소로써, Ac1 변태점을 낮추어 소둔 비용을 저감하는 장점이 있으므로, 0.001% 이상 첨가할 필요가 있다. Al 함유량이 1%를 초과하면, 용접성이 열화됨과 함께 소둔과정에서 Al의 표면산화량 증가에 의해 본 발명의 제조방법에 의해서도 도금성 확보가 어려우므로. sol.Al의 함량은 0.001~0.5%가 바람직하다.
인(P): 0.04% 이하
P는 불순물 원소로서 그 함량이 0.04%를 초과하면 용접성이 저하되고 강의 취성이 발생할 위험성이 커지며, 덴트 결함 유발 가능성이 높아지기 때문에 그 상한을 0.04%로 한정하는 것이 바람직하다.
황(S): 0.015% 이하
S는 P와 마찬가지로 불순물 원소로서, 강판의 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. 그 함량이 0.015%를 초과하면 강판의 연성 및 용접성을 저해할 가능성이 높기 때문에 그 상한을 0.015%로 한정하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0.02% 이하 (0% 제외)
N은 0.02%를 초과하면 AlN의 형성에 의하여 연주 시 크랙이 발생할 위험성이 크게 증가하기 때문에 그 상한을 0.02%로 한정하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0.1~0.7%
Cr은 경화능 증가원소로서, 페라이트의 형성을 억제하는 장점이 있으므로, 5~25%의 잔류 오스테나이트를 확보하는데 있어서, 0.1% 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 0.7%를 초과하는 경우에는 합금 투입량 과다에 의한 합금철 원가가 증가되므로, Cr의 함량은 0.1~0.7%가 바람직하다.
몰리브덴(Mo): 0.1% 이하
Mo는 선택적으로 첨가되며 함량은 0.1% 이하가 바람직하며, 보다 바람직하게는, 0.001~0.1% 함유한다. Mo는 Cr과 마찬가지로 강도향상에 기여하는 효과는 크지만 비교적 고가의 성분으로 0.1%를 초과하면 경제적으로 바람직하지 않다.
티탄(Ti): (48/14)*[N] ~ 0.1%
Ti은 질화물 형성원소로써 강중 N의 농도를 감소하는 효과가 있으며, 이를 위해서는 화학당량적으로 (48/14)*[N]이상을 첨가할 필요가 있다. Ti 미첨가 시 AlN 형성에 의한 열간 압연성 크랙 발생이 염려된다. 0.1%를 초과하면 고용 N의 제거외에 추가적인 탄화물 석출에 의한 마르텐사이트의 탄소 농도 및 강도 감소가 이루어지므로, Ti의 함량은 (48/14)*[N] ~ 0.1%가 바람직하다.
니켈(Ni): 0.005~0.5%
Ni은 소둔과정에서 표면에 거의 농화되지 않으므로 도금성을 떨어뜨리지 않아 강도향상을 위해 0.005% 이상 첨가하지만, 0.5%를 초과하면 열연강판의 산세가 불균일해지므로, Ni의 함량은 0.005~0.5%가 바람직하다.
안티몬(Sb): 0.01~0.07%
Sb는 본 발명에서 표면품질 및 밀착성확보를 위해 필수적으로 첨가되는 중요한 성분이다. 상기 설명한 바와 같이 높은 강도와 연신율을 갖는 강판을 제조하기 위해서는 다량의 Si, Al 및 Mn이 첨가되는데, 이러한 강판을 환원 재결정 소둔하면 강중의 Si, Al 및 Mn이 강 표면으로 확산하여 표면에 다량의 복합산화물을 형성한다. 이 경우 소둔표면 대부분은 산화물로 덮이게 되어 강판이 아연도금욕에 침지될 때 아연의 젖음성을 크게 떨어뜨리게 되어 아연이 부착되지 않는 일명 미도금이 발생할 뿐 아니라, 도금이 되더라도 강판과 아연도금층 계면에 Fe-Al합금상이 형성되지 않아 아연도금층과 소지철간의 밀착력이 떨어져 도금박리가 발생한다.
그러나, 강중에 Sb를 0.01~0.07% 첨가하여 본 발명에서 소둔로 내부 이슬점을 -60~-20℃로 유지하여 환원소둔하면 강판의 표층부 또는 소지철로부터 깊이방향으로 0.2㎛ 이내에 Sb가 농화되어 상대적으로 Si, Mn 및 Al등의 표면확산을 억제함으로써, Si, Mn 및 Al로 구성된 표면 산화물의 농화량을 감소시킨다. 이 경우 산화물이 존재하지 않은 부위에서는 아연과의 젖음성이 좋기 때문에 전반적으로 도금성이 향상되게 된다. 또한 소둔 후 산화물이 존재하지 않은 부위에서는 강중 Fe와 도금욕중 Al이 반응하여 도금층/소지 계면에 Fe-Al 합금상이 형성되기 때문에 밀착성이 좋다. 그러나 이슬점이 -60℃ 보다 낮을 경우에는 Mn은 일부 환원되는 이슬점이므로 표면확산속도가 감소하고 대신 Si나 Al의 표면으로의 확산속도가 증가하여 표면산화물의 조성이 Al과 Si 위주의 산화물이 형성된다. Al 또는 Si 위주의 표면산화물은 Mn 위주의 표면산화물에 비해 아연의 젖음성을 크게 떨어뜨리게 되기 때문에 Sb를 첨가하더라도 도금성 개선효과는 떨어진다.
상기 Sb는 0.01~0.07%로 첨가되는 것이 바람직하다. 첨가량이 0.01% 미만에서는 Si, Mn, Al등의 표면농화억제 효과가 미약하고, 0.07%를 초과하면 강판의 취성이 증가하여 연신율이 감소할 우려가 있기 때문에 0.01~0.07%로 첨가되는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.1 이하
Nb는 선택적으로 첨가된다. Nb는 오스테나이트 입계에 탄화물 형태로 편석되어 소둔열처리 시 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하여 강도를 증가시키며, 0.1%를 초과하는 경우에는 합금 투입량 과다에 의한 합금철의 원가가 증가되므로, Nb의 함량은 0.1%이하가 바람직하다.
보론(B): 0.005%이하
B는 강도확보를 위해 선택적으로 첨가할 수 있다. B의 함량이 0.005%를 초과하게 되면 소둔표면에 농화되어 도금성을 크게 떨어뜨릴 수 있으므로, B의 함량은 0.005%이하가 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이며, 예를 들어, 일정량의 철 스크랩을 투입함으로써 발생하는 불순물인, Cu, Mg, Zn, Co, Ca, Na, V, Ga, Ge, As, Se, In, Ag, W, Pb, Cd 등이 각각 0.1% 미만이 함유될 수 있으나, 이는 본 발명의 효과를 떨어뜨리지 않는다.
본 발명의 고강도 용융아연도금강판은 용융아연도금에 의하여 냉연강판 상에 아연도금층이 적층되는 것으로 구성되며, 상기 아연도금층 내부의 상기 냉연강판의 표면에서 0.1㎛의 깊이까지의 평균 Sb 함량은 상기 냉연강판의 표면에서 0.5㎛ 이상의 깊이에서의 평균 Sb 함량보다 1.5배 이상으로 농화되어 있는 것이 바람직하다. 상기 냉연강판의 표층부에 Sb의 농화는 Si, Mn 및 Al의 표면확산을 억제하는 효과가 있으므로, Sb의 농화 정도가 클수록 Si, Mn 및 Al의 표면확산을 억제하는 효과가 크며, 도금표면품질과 도금밀착성을 확보하기 위해서는 최소한 상기 냉연강판의 표면에서부터 강판의 두께방향으로 0.1㎛까지 평균 Sb함량이 상기 냉연강판의 계면에서부터 강판의 두께방향으로 0.5㎛ 이상의 깊이에서의 평균 Sb함량 대비 1.5배를 초과하여 농화되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고강도 아연도금강판의 미세조직은 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 오스테나이트를 포함할 수 있으며, 특히, 잔류 오스테나이트는, 면적분율로, 5~25%를 가짐으로써, 900Mpa 이상의 인장강도와 인장강도(Mpa) x 연신율(%) ≥ 16000의 값을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.1~0.3%, Si: 1~2.5%, Mn: 2.5~8%, sol.Al: 0.001~0.5%, P: 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하 (0% 제외), Cr: 0.1~0.7%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Sb: 0.01~0.07%, Nb: 0.1 이하, B: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 제공하는 단계; 상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 Ar3이상의 온도에서 마무리 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강판을 700℃ 이하의 온도에서 권취하는 단계; 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계: 상기 냉간압연된 냉연강판을 이슬점온도 -60~-20℃이고, 750~950℃의 온도에서 5~120초 동안 재결정 소둔하는 단계; 상기 소둔된 냉연강판을 2~150℃/초의 평균 냉각속도로 200~600℃까지 냉각하는 단계; 상기 냉각된 강판을 (도금욕온도-20℃)~(도금욕온도+100℃)의 온도로 재가열 또는 냉각하는 단계; 및 상기 재가열 또는 냉각된 강판을 450~500℃의 온도로 유지되는 아연 도금욕에 침지하여 도금하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 조성을 만족하는 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위로 재가열한다. 상기 재가열온도가 1100℃ 미만이면 열간압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생하며, 1300℃를 초과하는 경우에는 재가열 비용의 상승 및 표면 스케일양이 증가하므로, 1100~1300℃의 온도범위로 재가열한다.
상기 재가열된 슬라브의 마무리 열간압연 온도를 Ar3(오스테나이트를 냉각시에 페라이트가 출현하기 시작하는 온도)이상으로 한정하는데, 이는 Ar3미만에서는 페라이트+오스테나이트의 2상역 또는 페라이트역 압연이 이루어져서 혼립조직이 만들어지며 열간압연 하중의 변동으로 인한 오작이 우려되므로, Ar3이상으로 마무리 열간압연을 실시한다.
상기 열간압연을 행한 후, 700℃이하의 온도에서 권취한다. 권취온도가 700℃를 초과하는 경우에, 강판 표면의 산화막이 과다하게 생성되어 결함을 유발할 수 있으므로, 700℃이하의 온도에서 권취한다.
상기 권취된 강판을 산세 및 냉간압연을 실시한 후에, 냉연강판을 이슬점온도 -60~-20℃로 750~950℃의 온도에서 5~120초 동안 재결정 소둔을 실시한다. 소둔로 내 분위기 가스의 이슬점이 -60℃보다 낮으면 강중 Si 및 Al의 표면으로의 확산속도가 Mn의 확산속도보다 빨라져 소둔 후 강판표면에 형성하는 Si, Mn, Al을 주성분으로 하는 복합산화물중 Si와 Al함량이 Mn 대비 크게 증가고 표면의 복합산화물중 Si또는 Al 함량이 Mn대비 클수록 도금성이 열위하기 때문에 본 발명의 성분조성을 갖는 강판의 경우에서도 아연의 젖음성을 확보하는데 불충분하고 이슬점이 -20℃를 초과할 경우에는 Si, Mn, Al성분 중 일부가 강판 표층부 소지철 내부에 결정입계 및 입내에서 산화되어 내부산화물로 존재하여 그 강판을 프레스 가공할 경우 내부산화물이 존재하는 표층부 결정입계 파괴가 발생하여 도금층 박리가 발생하기 쉽기 때문에 소둔로 내 분위기 가스의 이슬점은 -60~-20℃인 것이 바람직하다. 소둔온도는 750℃이상이면 재결정이 충분히 일어나며, 950℃를 초과하면 소둔로의 수명이 감소하므로 750~950℃인 것이 바람직하다. 소둔시간은 균일한 재결정조직을 얻기 위해서 최소 5초가 필요하며 경제성관점에서 120초 이내로 실시하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 재결정 소둔은 H2-N2 가스 분위기의 소둔로에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 소둔로 내 분위기 가스중 수소함량은 부피%로 3~70%가 바람직하다. 수소함량이 3%미만에서는 강판표면에 존재하는 철 산화물의 환원이 불충분하며, 70%를 초과하더라도 강판표면의 철산화물의 환원효과는 우수하지만, 경제성을 감안하여 30%로 제한함이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 재결정 소둔 이전에, 상기 소둔된 냉연강판의 표면에 Fe, Ni, Co 및 Sn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분으로 0.01~2g/m2의 도금양을 도금하는 단계를 추가적으로 실시하고 재결정 소둔을 실시할 수 있다. 이와 같은 사전도금을 실시하면 소둔로 내 이슬점을 목표범위로 제어하는데 매우 효과적이다.
상기 재결정 소둔 후, 냉각을 실시하는데, 얻고자 하는 강도와 연신율에 맞추어 얻고자 하는 미세조직에 따라 200~600℃까지 평균 냉각속도 2~150℃/초로 냉각을 실시할 수 있다. 바람직하게는, 상기 냉각은 제 1 차 및 제 2 차 냉각으로 나누어 실시할 수 있으며 상기 제 2 차 냉각속도는 제 1 차 냉각속도보다 크고, 보다 바람직하게는, 상기 제 1 차 냉각에서는 400~740℃까지 냉각되며, 상기 제 2 차 냉각에서는 200~600℃까지 냉각된다. 상기와 같이 냉각을 제 1 차 및 제 2 차로 나누어 제 1 차 냉각을 제 2차 냉각속도 보다 느리게 함으로써, 강판을 고온에서 급랭할 경우 강판에 미세한 뒤틀림이 발생할 수 있는 현상을 방지할 수 있다.
재결정 소둔에 의해 페라이트와 오스테나이트 2상역에서 오스테나이트를 펄라이트로 변태되는 것을 막기 위해서는 평균 냉각속도는 최소 2℃ 이상이 필요하다. 반면 냉각속도가 150℃/초를 초과하면 급랭에 의해 강판 폭방향 온도편차가 커져서 강판의 형상이 좋지 않다.
상기 냉각된 강판은 (도금욕온도-20℃)~(도금욕온도+100℃)의 온도로 상기 냉각된 강판의 온도에 따라 재가열 또는 냉각을 실시한다. 상기 냉각된 강판의 강판의 인입온도가 (도금욕온도-20℃) 보다 낮으면 아연의 젖음성이 떨어지며, (도금욕온도+100℃)를 초과하면 국부적으로 도금욕온도를 상승시켜 도금욕 온도관리가 어려운 단점이 있다.
상기 재가열 또는 냉각된 강판은 450~500℃의 온도로 유지되는 아연 도금욕에 침지하여 도금을 실시한다. 도금욕의 온도가 440℃ 미만에서는 아연의 점도가 증가하여 도금욕 내의 롤의 구동성이 떨어지고 500℃를 초과하면 아연의 증발이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.
여기에서, 상기 아연 도금욕은 중량%로, Al: 0.2~1% 포함하고, Fe, Ni, Cr, Mn, Mg, Si, P, S, Co, Sn, Bi, Sb 및 Cu으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 0.5% 이하 포함하며, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다. 아연 도금욕에 침지하여 다양한 강종의 강판을 도금하면서, 강판의 일부 성분이 도금욕 중에 용해될 수 있는데, 상기 다양한 성분들이 용해되어 도금욕에 0.5% 이하로 존재하면, 아연용융도금에 향을 미치지 않는다. 또한, 상기 Al의 함량이 0.2% 미만일 경우 소지철과 도금층 계면에 형성되는 Fe-Al합금상 형성이 억제되고, Al의 함량이 1%를 초과하면 도금층 내 Al의 함량이 증가하여 용접성을 떨어뜨리는 문제가 있기 때문에, 도금욕의 Al의 함량은 0.2~1중량%로 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조된 냉연강판의 미세조직은 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 오스테나이트를 포함할 수 있으며, 특히, 잔류 오스테나이트는, 면적분율로, 5~25%를 가짐으로써, 1000Mpa 이상의 인장강도와 인장강도(Mpa) x 연신율(%) ≥ 15000의 값을 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(
실시예
)
하기 표 1의 조성을 갖는 강을 용해한 후, 슬래브를 제조하였다. 상기 슬라브를 1200℃의 온도에서 1시간 유지 후, 900℃에서 마무리 압연 후 650℃까지 냉각한 후 650℃로 유지된 보온로에서 1시간 동안 유지시킨 후 로냉을 실시하였다.
냉각이 완료된 열연강판은 열연크랙 발생여부를 육안관찰하고 60℃, 17 Vol% HCl 용액으로 30초간 산세를 실시하여 강판표면의 산화철을 용해시켰다. 일부 시편은 30초 동안에 산세가 불충분할 경우 추가로 20초를 더 실시하였으며, 총 50초 동안의 산세에서도 미산세된 표면 산화철이 존재할 경우 산세불량으로 표기하였다.
산세가 완료된 강판은 55% 압하율로 냉간압연을 실시하였고, 이러한 냉연강판을 전처리를 통해 표면에 묻은 이물질을 제거한 후, 하기 표 2의 가열 및 냉각조건으로 소둔을 실시한 후, 표 2의 도금조건으로 도금을 실시하고, 에어나이프를 사용하여 편면기준 도금부착량 60g/m2으로 조절하고 냉각하여 도금강판을 제조하였다.
상기와 같이 도금이 완료된 도금강판은 표면의 미도금 부위 존재여부 및 정도를 육안으로 확인하여 표면품질을 평가하여 표 3에 나타내었다. 또한 강판의 도금밀착성을 평가하기 위해 강판 표면에 자동차 구조용 접착제를 도포하고 건조한후 90°로 굽힌 후 도금강판이 접착제에 묻어 나오는지를 확인하여 밀착성을 평가하고 표 3에 표시하였다. 표 3에서의 표면품질의 평가는 "○: 미도금부위 없음, △: 직경 2mm이하 크기의 미도금 존재, X: 직경 2mm초과 미도금 존재"로 나타내었고, 도금 밀착성의 평가는 "○: 도금박리 없음, X: 도금박리 관찰"로 나타내었다.
또한, 도금강판을 JIS5호로 인장시험을 실시하여 강판의 인장강도와 연신율을 측정하여 인장강도와 인장강도(Mpa)x연신율(%) 형태로 환산하여 표 3에 나타내었다.
또한, 강판표층부의 Sb농화를 관찰하기 위해 단면을 FIB(Focused Ion Beam)로 가공하여 3-D APT(Atom Probe Topography)의 조성 프로파일을 통해 소지철 표층부로부터 소지철 깊이방향으로 0.1㎛이내의 Sb함량을 측정하고 소지철 표층부로부터 소지철 깊이방향으로 0.5㎛ 이후의 Sb함량을 측정하여 표층부 0.5㎛이후의 Sb함량 대비 0.1㎛이내의 Sb함량의 비율을 측정하여 농화도로 하였다.
상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 발명예인 시편 3, 6, 8, 10 내지 13 및 15는 본 발명에서 한정한 성분범위를 갖는 강종을 사용하여, 본 발명의 제조방법으로 용융아연도금강판을 제조한 것으로서, 열연크랙이 발생하지 않았으며 산세성도 양호하였다. 또한 제조된 강판의 인장강도는 1000Mpa 이상이고, TS x El 값도 15000 이상으로 높아 재질특성이 우수하였다. 또한 소지철 표층부로부터 소지철 깊이방향으로 0.1㎛이내의 Sb의 농화도가 1.5이상으로 높아 Si, Mn의 표면 농화를 억제함으로서 미도금이 발생하지 않고 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상이 치밀하게 형성하여 도금밀착성이 우수하였다.
비교예 1의 경우, 제조방법은 본 발명의 범위를 만족하지만, 강중 Sb를 첨가하지 않은 경우로서, 소둔과정에서 Si, Mn, Al등 산화성 성분의 표면확산을 억제하지 못해 두꺼운 표면산화물로 인해 아연의 젖음성이 나빠 표면품질이 불량하였으며, 표면산화물로 인해 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상이 치밀하게 형성하지 못하여 도금층과 소지철간의 밀착성이 불량하였다.
비교예 2의 경우, 강성분 중 Mn과 Cr함량이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮아 인장강도가 본 발명에서 한정한 범위보다 낮고 또한 강중 Sb를 첨가하지 않은 경우로서, 두꺼운 표면산화물로 인해 아연의 젖음성이 나빠 표면품질이 불량하였으며, 표면산화물로 인해 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상이 치밀하게 형성하지 못하여 도금층과 소지철간의 도금박리가 발생하였다.
비교예 4 및 17의 경우, 강성분은 본 발명에서 한정한 범위를 만족하지만, 소둔로내 이슬점이 본 발명에서 한정한 범위보다 높은 경우로서, Sb의 첨가에 의해 Si, Mn, Al 성분이 도금층 표면으로 확산되는 것을 억제하는 효과에 의해 도금표면품질 및 도금층/소지철간의 밀착성은 우수하지만, Si, Mn, Al성분이 강판 표층부 소지철 내부의 결정입계 및 입내에서 산화되어 내부산화물로 존재하여 도금밀착성 평가과정의 90°로 굽힘가공시 내부산화물이 존재하는 표층부 결정입계 파괴가 발생하여 그 부분에서 박리가 발생하여 결국 도금밀착성이 불량하였다.
비교예 5의 경우 강성분중 Si첨가량이 본 발명을 초과하고 Sb가 첨가되지 않은 경우로서, Si과다 첨가에 의해 열연강판 Edge에 크랙이 발생하였으며, Sb가 첨가되지 않아 두꺼운 표면산화물로 인해 아연의 젖음성이 나빠 표면품질이 불량하였으며, 표면산화물로 인해 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상이 치밀하게 형성하지 못하여 도금박리가 발생하였다.
비교예 7의 경우에는 강성분은 본말명의 범위를 만족하지만, 소둔온도가 본 발명에서 한정한 범위보다 낮은 경우로서, 충분한 재결정이 이루어지지 않아 강도는 높지만 연신율이 낮아 TS x El이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮았다. 그러나, Sb의 첨가량 및 다른 제조조건은 본 발명을 만족하여 소지철 표층부로부터 소지철 깊이방향으로 0.1㎛이내의 Sb 농화도는 본 발명에서 한정한 범위를 만족하여 이로 인해 표면산화물 형성 억제로 표면품질 및 도금밀착성은 우수하였다.
비교예 9의 경우, 강성분은 본발명의 범위내로 재질특성은 우수하지만, 소둔로 내 이슬점이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮은 경우로서, 소둔과정에서 강판표면에 형성하는 Si, Mn, Al을 주성분으로 하는 복합산화물중 Si와 Al함량이 Mn 대비 크게 증가하기 때문에 본 발명의 성분조성을 갖는 강판의 경우에서도 아연의 젖음성을 확보하는데 불충분하여 강판 표면에 직경 2mm이하 크기의 미도금 존재하였으며, 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상이 치밀하게 형성하지 못하여 도금박리가 발생하였다.
비교예 14는 강중 Si와 Mn함량이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮고 Sb를 첨가하지 않은 경우로서, 인장강도가 847Mpa로 낮고 또한 TS x El 값이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮았다. 그러나 Si와 Mn함량이 낮기 때문에 Sb를 첨가하지 않고 또한 소둔로 내 이슬점온도가 본 발명의 범위를 벗어나더라도 Si,Mn,Al 등의 표면산화물이 비교적 적게 형성되어 2mm 이하이 미도금은 존재하였으나, 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상도 비교적 치밀하게 형성하여 도금밀착성이 우수하였다.
비교예 15의 경우, 강중에 Ti와 Sb를 첨가하지 않은 경우로서, AlN 형성에 의한 열연크랙 발생이 발생되었고, 또한 Sb의 미첨가로 인해 표면품질 및 도금밀착성이 불량하였다.
비교예 18의 경우에는 강성분은 본 발명에서 한정한 범위이고 다른 제조조건은 본 발명의 범위이내로서 재질특성은 우수하지만, 강판의 도금욕 인입온도가 본 발명에서 한정한 범위보다 낮은 경우로서, 강판과 아연의 젖음력이 떨어져 도금표면품질 불량하였으며, 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상이 치밀하게 형성하지 못하여 도금밀착성이 열위하였다.
비교예 19는 강성분은 본 발명에서 한정한 범위이지만, 소둔 후 냉각속도가 본 발명에서 한정한 범위보다 느려 냉각중 오스테나이트상이 일부 퍼얼라이트로 변태되어 연성이 감소하여 TS x El값이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮았다.
비교예 20의 경우에는 강성분은 본 발명에서 한정한 범위이고 다른 제조조건은 본 발명의 범위 이내로서 재질특성은 우수하지만, 도금욕중 Al함량이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮은 경우로서, 도금후 도금층/소지 계면 Fe-Al합금상 형성이 불충분하여 도금밀착성이 열위하였다.
비교예 21의 경우, 강중 Ni함량이 본 발명의 범위를 초과한 경우로서, 높은 Ni로 인해 열연강판의 산세성이 떨어져 산세 후 열연강판표면에 미산세된 산화물일 일부 존재하고, 이후 냉연 및 도금후 미산세 산화물이 강판에 일부 잔류하여 직경 2mm이하 크기의 미도금이 일부 존재하여 표면품질이 불량하였다. 그러나 Sb의 첨가량, 다른 강성분 및 제조방법은 본 발명에서 한정한 범위 내로서, 재질특성이 본 발명을 만족하고 또한 소지철 표층부로부터 소지철 깊이방향으로 0.1㎛이내의 Sb농화도는 본 발명의 범위를 만족하여 이로 인한 표면산화물 억제효과에 의해 도금층/소지 계면의 Fe-Al합금상이 치밀하게 형성하여 도금밀착성은 우수하였다.
비교예 22의 경우 강성분중 Sb의 함량이 본 발명에서 한정한 범위보다 낮은 경우로서, 소지철 표층부로부터 소지철 깊이방향으로 0.1㎛이내의 Sb 농화도가 본 발명에서 한정한 범위보다 낮아 표면산화물 감소효과가 적기 때문에 아연의 젖음성 향상효과가 미약하고, 또한 도금층/소지 계면 Fe-Al합금상 형성이 불충분하여 도금밀착성이 불량하였다.
비교예 23의 경우 강성분중 Mn의 함량이 본 발명에서 한정한 범위를 초과한 경우로서, 다른 성분 및 제조조건이 본 발명을 만족하더라도 소둔 후 표면에 형성된 산화물이 두꺼워 도금후 도금밀착성 불량하고 또한 표면 젖음성도 약간 떨어져 직경 2mm이하 크기의 미도금이 존재하였다.
Claims (8)
- 중량%로, C: 0.1~0.3%, Si: 1~2.5%, Mn: 2.5~8%, sol.Al: 0.001~0.5%, P: 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하 (0% 제외), Cr: 0.1~0.7%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Sb: 0.01~0.07%, Nb: 0.1 이하, B: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 아연도금층이 형성되고, 상기 아연도금층 내부의 냉연강판의 표면에서 0.1㎛의 깊이까지의 평균 Sb 함량은, 상기 냉연강판의 표면에서 0.5㎛ 이상의 깊이에서의 평균 Sb 함량보다 1.5배 이상인 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉연강판의 미세조직은 잔류 오스테나이트를 5~25%의 면적분율로 포함하는 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉연강판의 인장강도는 1000MPa 이상이고, 인장강도(Mpa) x 연신율(%)이 15000 이상인 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
- 중량%로, C: 0.1~0.3%, Si: 1~2.5%, Mn: 2.5~8%, sol.Al: 0.001~0.5%, P: 0.04% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.02% 이하 (0% 제외), Cr: 0.1~0.7%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Sb: 0.01~0.07%, Nb: 0.1 이하, B: 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 제공하는 단계;
상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 Ar3이상의 온도에서 마무리 열간압연하는 단계;
상기 열간압연된 강판을 700℃ 이하의 온도에서 권취하는 단계;
상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계:
상기 냉간압연된 냉연강판을 이슬점온도 -60~-20℃이고, 750~950℃의 온도에서 5~120초 동안 재결정 소둔하는 단계;
상기 소둔된 냉연강판을 2~150℃/초의 평균 냉각속도로 200~600℃까지 냉각하는 단계;
상기 냉각된 강판을 (도금욕온도-20℃)~(도금욕온도+100℃)의 온도로 재가열 또는 냉각하는 단계; 및
상기 재가열 또는 냉각된 강판을 450~500℃의 온도로 유지되는 아연도금욕에 침지하여 도금하는 단계를 포함하는 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 재결정 소둔은 H2-N2 가스 분위기하에서 실시하는 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 냉각단계는 제 1 차 냉각 및 제 2 차 냉각으로 나누어지며, 상기 제 1 차 냉각에서는 400~740℃까지 냉각되며, 상기 제 2 차 냉각에서는 200~600℃까지 냉각되는 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 소둔 단계 이전에, 상기 소둔된 냉연강판의 표면에 Fe, Ni, Co 및 Sn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분으로 0.01~2g/m2의 도금양을 도금하는 단계를 추가적으로 포함하는 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 아연 도금욕은 중량%로, Al: 0.2~1% 포함하고, Fe, Ni, Cr, Mn, Mg, Si, P, S, Co, Sn, Bi, Sb 및 Cu으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 성분을 0.5% 이하 포함하며, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 표면품질, 도금밀착성 및 성형성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
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