KR20160079471A - 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

고강도 냉연강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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권순환
박진성
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현대제철 주식회사
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Abstract

합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 우수한 굽힘성 및 홀확장성을 확보할 수 있는 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 냉연강판은 중량%로, C : 0.12 ~ 0.50%, Si : 0.5 ~ 2.0%, Mn : 2.2 ~ 3.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되며, 최종 미세조직이 베이나이트(bainite) 및 잔류오스테나이트(retained austenite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 상기 베이나이트 조직이 단면면적율로 90 ~ 95%를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 냉연강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 냉연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 우수한 굽힘성 및 홀확장성을 확보할 수 있는 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.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-0849974호(2008.08.01. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 도금 밀착성 및 프레스 성형성이 뛰어난 고강도 용융아연계 도금강판 및 그 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 우수한 굽힘성 및 홀확장성을 확보할 수 있는 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법은 (a) 중량%로, C : 0.12 ~ 0.50%, Si : 0.5 ~ 2.0%, Mn : 2.2 ~ 3.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 900 ~ 1,000℃ 조건으로 마무리 열간압연하는 단계; (b) 상기 마무리 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 400 ~ 650℃까지 냉각하여 권취하는 단계; (c) 상기 권취된 판재를 언코일링하여 산세 및 냉간압연하는 단계; (d) 상기 냉간압연된 판재를 Ac3점 + 10℃ ~ Ac3점 + 100℃의 오스테나이트 단상역 구간에서 소둔 열처리하는 단계; 및 (e) 상기 소둔 열처리된 판재를 460 ~ 520℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판은 중량%로, C : 0.12 ~ 0.50%, Si : 0.5 ~ 2.0%, Mn : 2.2 ~ 3.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되며, 최종 미세조직이 베이나이트(bainite) 및 잔류오스테나이트(retained austenite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 상기 베이나이트 조직이 단면면적율로 90 ~ 95%를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법은 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 기지 조직이 균일한 베이나이트 조직을 갖도록 함으로써, 굽힘성 및 홀확장성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법은 인장강도(TS) 1180MPa 이상, 항복강도(YP) 880MPa 이상, 연신율(El) 13% 이상, 홀확장율 : 50% 이상 및 두께 대비 굽힘R 비율이 1.0배 이하의 90˚ 굽힘성을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 냉연강판 제조 방법을 나타낸 공정 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 인장강도(TS) 1180MPa 이상, 항복강도(YP) 880MPa 이상, 연신율(El) 13% 이상, 홀확장율 : 50% 이상 및 두께 대비 굽힘R 비율이 1.0배 이하의 90˚ 굽힘성을 나타내는 것을 목표로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 고강도 냉연강판은 중량%로, C : 0.12 ~ 0.50%, Si : 0.5 ~ 2.0%, Mn : 2.2 ~ 3.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성된다.
이때, 상기 고강도 냉연강판은 최종 미세조직이 베이나이트(bainite) 및 잔류오스테나이트(retained austenite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 베이나이트 조직이 단면면적율로 90 ~ 95%를 갖는다.
또한, 상기 고강도 냉연강판은 페라이트(ferrite) 및 마르텐사이트(martensite) 조직을 더 포함하되, 페라이트 및 마르텐사이트 조직의 합산이 단면면적율로 1% 이하를 가질 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 0.12 ~ 0.50 중량의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.12 중량% 미만일 경우, 목표하는 강도 확보가 어렵다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.50 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 0.5 ~ 2.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.5 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 2.0 중량%를 초과할 경우 표면 특성이 열화되며, 실리콘 산화물이 표면에 농화되어 강판의 용접성 및 도금성을 급격히 저하시키는 요인이 된다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 고용강화 및 소입성의 증대를 통하여 강의 강도 향상에 기여한다.
상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 전체 중량의 2.2 ~ 3.0 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 2.2 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 3.0 중량%를 초과하면 되면 소둔 처리 과정에서 MnO 등의 산화물을 형성하여 강판의 도금성을 열화시킨다.
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. 알루미늄(Al)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.05 중량%를 초과하는 경우, 저항복비 달성이 어려워질 수 있다.
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 열간압연 단계(S110), 냉각/권취 단계(S120), 냉간압연 단계(S130), 소둔 열처리 단계(S140) 및 냉각 단계(S150)를 포함한다.
열간압연
열간압연 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 900 ~ 1,000℃ 조건으로 마무리 열간압연한다.
마무리 압연 온도(FDT)가 900℃ 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 1,000℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화 되어 소부경화능 및 내시효성이 감소한다.
냉각/권취
냉각/권취 단계(S120)에서는 마무리 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 400 ~ 650℃까지 냉각하여 권취한다.
이때, 권취 온도가 400℃ 미만일 경우에는 강도 확보에는 유리하나, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 650℃를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.
냉간압연
냉간압연 단계(S130)에서는 권취된 판재를 언코일링하여 산세 및 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.
소둔 열처리
소둔 열처리 단계(S140)에서는 냉간압연된 판재를 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 해다하는 880 ~ 920℃에서 60 ~ 180초 동안 실시하는 것이 바람직하다. 소둔 열처리 온도가 880℃ 미만이거나, 소둔 열처리 시간이 60초 미만일 경우, 충분한 연성을 확보하기 어렵다. 반대로, 소둔 열처리 시간이 920℃를 초과하거나, 소둔 열처리 시간이 180초를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립 크기 증가로 인하여 강판의 물성이 저하될 수 있다.
냉각
냉각 단계(S150)에서는 소둔 열처리된 판재를 20 ~ 40℃/sec의 속도로 베이나이트 온도 영역에 해당하는 460 ~ 520℃까지 냉각한다.
이때, 냉각종료온도가 460℃ 미만이거나, 또는 냉각 속도가 20℃/sec 미만일 경우에는 냉각 과정에서 원하지 않은 페라이트 및 마르텐사이트 조직들이 다량 형성될 수 있다. 반대로, 냉각종료온도가 520℃를 초과하거나, 도는 냉각 속도가 40℃/sec를 초과하는 경우, 재질 불균일의 문제가 발생할 수 있다.
상기의 과정(S110 ~ S150)으로 제조되는 고강도 냉연강판은 합금성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 기지 조직이 균일한 베이나이트 조직을 갖도록 함으로써, 굽힘성 및 홀확장성을 향상시킬 수 있다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 고강도 냉연강판은 최종 미세조직이 베이나이트(bainite) 및 잔류오스테나이트(retained austenite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 베이나이트 조직이 단면면적율로 90 ~ 95%를 갖는다. 이때, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 고강도 냉연강판은 페라이트(ferrite) 및 마르텐사이트(martensite) 조직을 더 포함하되, 페라이트 및 마르텐사이트 조직의 합산이 단면면적율로 1% 이하를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고강도 냉연강판 및 그 제조 방법은 인장강도(TS) 1180MPa 이상, 항복강도(YP) 880MPa 이상, 연신율(El) 13% 이상, 홀확장율 : 50% 이상 및 두께 대비 굽힘R 비율이 1.0배 이하의 90˚ 굽힘성을 나타낸다.
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 ~ 5 및 비교예 1에 따른 시편을 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure pat00001

[표 2]
Figure pat00002

2. 기계적 물성 평가
표 3은 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1에 따른 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure pat00003
표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 5에 따른 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 인장강도(TS) 1180MPa 이상, 항복강도(YP) 880MPa 이상, 연신율(El) 13% 이상, 홀확장율 : 50% 이상 및 두께 대비 굽힘R 비율이 1.0배 이하의 90˚ 굽힘성을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
반면, 비교예 1에 따른 시편의 경우, 항복강도(YP)가 목표값에 미달하는데 기인하여 홀확장성이 25%에 불과하였으며, 굽힘성이 목표값을 만족하지 못하는 2.29로 측정되었다. 이때, 비교예 1에 따른 시편의 경우, 소둔 열처리 온도, 냉각종료온도 및 냉각속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나는데 기인하여, 페라이트 및 마르텐사이트의 조직 분율이 높아진데 기인하여 항복강도(YP)가 낮아진 것으로 파악된다.
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 : 열간압연 단계
S120 : 냉각/권취 단계
S130 : 냉간압연 단계
S140 : 소둔 열처리 단계
S150 : 냉각 단계

Claims (7)

  1. (a) 중량%로, C : 0.12 ~ 0.50%, Si : 0.5 ~ 2.0%, Mn : 2.2 ~ 3.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 900 ~ 1,000℃ 조건으로 마무리 열간압연하는 단계;
    (b) 상기 마무리 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 400 ~ 650℃까지 냉각하여 권취하는 단계;
    (c) 상기 권취된 판재를 언코일링하여 산세 및 냉간압연하는 단계;
    (d) 상기 냉간압연된 판재를 Ac3점 + 10℃ ~ Ac3점 + 100℃의 오스테나이트 단상역 구간에서 소둔 열처리하는 단계; 및
    (e) 상기 소둔 열처리된 판재를 460 ~ 520℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 소둔 열처리는
    880 ~ 920℃에서 60 ~ 180초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 냉각은
    20 ~ 40℃/sec의 속도로 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판 제조 방법.
  4. 중량%로, C : 0.12 ~ 0.50%, Si : 0.5 ~ 2.0%, Mn : 2.2 ~ 3.0%, P : 0.015 ~ 0.030%, S : 0.003% 이하, Al : 0.01 ~ 0.05% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되며,
    최종 미세조직이 베이나이트(bainite) 및 잔류오스테나이트(retained austenite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 상기 베이나이트 조직이 단면면적율로 90 ~ 95%를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판은
    페라이트(ferrite) 및 마르텐사이트(martensite) 조직을 더 포함하되, 상기 페라이트 및 마르텐사이트 조직의 합산이 단면면적율로 1% 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉연강판은
    인장강도(TS) 1180MPa 이상, 항복강도(YP) 880MPa 이상, 연신율(El) 13% 이상 및 홀확장율 : 50% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉연강판은
    두께 대비 굽힘R 비율이 1.0배 이하의 90˚ 굽힘성을 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 냉연강판.
    (여기서, 굽힘R은 모서리 곡률 반지름임.)
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