KR20180126070A - 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판이 제공된다. 철 입자 층이 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판의 표면에 배치되고, 또한 분산된 철 입자가 상기 철 입자 층에 존재한다. 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 질량 퍼센트로 원소 Al을 3.0% 내지 7.0% 포함한다.

Description

우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판, 및 이의 제조 방법
본 발명은 냉간 압연 강철 판 및 이의 제조 방법과 관한 것이고, 또한 더 구체적으로 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 강철 판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
환경 규제와 에너지 절약 그리고 소비 감축의 증가하는 필요성과 함께, 경량화는 자동차의 개발 방향 중 하나가 되었다. 소재 측면에서, 경량 차량을 달성하기 위한 방법들로는 강철 대신 알루미늄 및 마그네슘과 같은 가벼운 합금을 사용하는 것; 기존의 저강도 강철 대신 고강도 강철을 사용하여 소재 두께의 감축을 달성하는 것; 강철의 밀도를 감소시킴으로써 강철의 비강도를 증가시키는 것, 즉 저밀도 강철을 개발하는 것과 같은 방법들이 있다.
종래 기술에서, 재료 밀도의 감소는 알루미늄이 강철보다 훨씬 낮은 밀도를 가지기 때문에 강철에 일정한 양의 알루미늄을 첨가함으로써 달성되었다.
예를 들어, "고강도 극저탄소 저밀도 강철 및 상기 강철의 제조 방법"(공개 번호 : CN104220609A, 공개일 : 2014 년 12 월 17 일)로 명칭된 중국 특허는 고강도 극저탄소 저밀도 강철 및 이의 제조 방법을 개시하고 있으며, 밀도를 감소시키기 위해 상기 강철은 6 내지 9%의 알루미늄 함량을 갖는다.
또한, "스탬핑 능력이 우수한 저밀도 강철"(공개 번호 : CN101755057A, 공개일 : 2010 년 6 월 23 일)로 명칭된 중극 특허는 알루미늄 함량이 6%≤Al≤10%인 열간 압연 페라이트 강철 판을 개시하고 있다.
그러나, 알루미늄 함량이 높은 강철을 인산 처리할 때, 인산염 결정의 커버리지 비율이 낮아서, 페인팅을 위한 자동차 사용자의 요구를 충족시키지 못한다. 오일 제거 및 녹 제거 이후에, 자동차 부품에 사용되는 재료는 일반적으로 인산 처리되어 금속 표면에 인산염 피막을 형성한다. 일반적인 인산염 피막은 다공성이고 균일하다. 코팅 소재는 구멍 안으로 침투하는데, 코팅의 접착력을 증가시키는 효과뿐만 아니라, 전기영동 중 전기영동 페인트 (electrophoretic paint)의 부식성에 저항하고 전기영동 효과를 향상시키는 효과를 갖는다. 그러므로, 인산염 피막은 코팅에 필수불가결한 훌륭한 하지층이고, 또한 인산화 처리가 수행되지 않았거나 인산화 효과가 충분하지 않은 경우에는 코팅의 품질이 보장될 수 없다.
고강도 강철은 많은 합금 원소들을 포함하기 때문에, 이러한 합금 원소들은 열처리된 강철의 표면에 풍부해지면서 산화물 피막을 형성하고, 이는 인산화 과정의 균일한 반응에 유리하지 않으며, 또한 낮은 인산화 커버리지, 거칠고 또한/또는 느슨한 인산염 결정과 같은, 자동차 제조의 요건을 충족하지 못하는 결함을 일으킬 가능성이 높다. 고강도 강철 판의 낮은 인수용성은 자동차 제조의 공통적인 문제이기도 하다.
고강도 강철의 우수한 인수용성을 달성하기 위한 한 가지 방법은, 합금 성분의 함량을 조절하는 것이다. 그러나, 합금 성분의 함량의 제한은 소재의 성능에 영향을 줄 것이다.
조성의 조절뿐만 아니라, 열처리 과정의 조절은 고강도 강철의 인수용성을 개선하기 위한 다른 방법이다. 그러나, 선행 기술은 다음과 같은 단점을 갖는다: 예를 들어, 열처리 과정의 조절은 대부분의 연속적 열처리 라인에 적용될 수 없고; 또는 열처리 생산 중의 공정 파라미터의 조절 (예를 들어 대기의 이슬점을 -45 °C 이하로 조절)이 어려우며; 또는 열처리 과정 단계의 증가는 생산 비용의 증가를 불러온다.
고강도 강철의 인수용성을 향상시키기 위해서, 선행 기술은 원소 Si 및 Mn의 표면에서의 풍부함이 인수용성에 미치는 부정적 효과를 주로 다루고, 이러한 강철 판의 원소 Al의 질량 퍼센트는 일반적으로 1% 이하이다.
본 발명의 일 목적은 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판을 제공하는 것이고, 이때 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 원소 Al의 질량 퍼센트를 조절하여 저밀도를 가지며, 또한 철 입자 층을 형성하는 강철 판의 표면 산화를 조절하여 고강도 및 우수한 인수용성을 갖는다. 그러므로, 본 발명은 높은 원소 Al의 함량과 우수한 인수용성이 양립할 수 없는 선행 기술의 기술적 문제를 해결한다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 인수용성을 갖는 상기 설명된 냉간 압연 저밀도 강철 판 중 어느 하나를 제조할 수 있는, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판을 제공하는 것이고, 이때 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 원소 Al의 질량 퍼센트를 조절하여 저밀도를 가지며, 또한 철 입자 층을 형성하는 강철 판의 표면 산화를 조절하여 고강도 및 우수한 인수용성을 갖는다. 그러므로, 본 발명은 높은 원소 Al의 함량과 우수한 인수용성이 양립할 수 없는 선행 기술의 기술적 문제를 해결한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판을 제공하고, 이때 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판의 표면은 철 입자가 분산되어 있는, 철 입자 층을 가지며; 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 원소 Al을 3.0% 내지 7.0% 질량 퍼센트 포함한다.
본 발명에 의한 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 원소 Al의 설계 원리는 원소 Al이 페라이트 형성 원소인 점이다. Al 원소의 첨가는 강철 판의 밀도를 현저히 낮출 수 있으므로, 본 발명에서의 원소 Al의 질량 퍼센트는 3.0% 이상이다. 하지만, 7.0%를 초과하는 질량 퍼센트를 갖는 원소 Al은 오스테나이트 (austenite)의 형성을 막는다. 추가적으로, 원소 Al은 강철 내의 오스테나이트의 적층 결함 에너지를 현저하게 증가시킨다. 따라서, 7.0 %를 초과하는 질량 퍼센트를 갖는 원소 Al은 강철 내의 잔류 오스테나이트가 변형 중에 마르텐사이트 변태를 일으키도록 유도되는 것을 억제하므로, 강철 판이 우수한 강도 및 가소성 매칭을 수득하는 것을 어렵게 한다. 따라서, 본 발명은 원소 Al의 질량 퍼센트를 3.0 내지 7.0%로 정의한다. 또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판의 표면은 철 입자 층을 갖고, 상기 철 입자 층은 높은 Al 함량을 갖는 저밀도 강철의 인산 처리에서의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 철 입자 층의 내측은 상기 철 입자 층에 인접하게 내부 산화 층을 갖고, 또한 내부 산화 층은 Al의 산화물을 포함한다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 가열처리 대기의 이슬점을 조절함으로써 외부 산화물 Al2O3의 생성이 억제되고 또한 상기 내부 산화 층의 내부 산화물로 전환되며, 또한 철 입자가 상기 강철 판의 표면에 형성됨으로써, 이로 인해 냉간 압연 고강도 저밀도 강철의 인산 처리에서의 문제점이 해결된다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 내부 산화 층은 Mn의 산화물을 추가적으로 포함한다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 내부 산화 층은 0.2 내지 10 μm의 두께를 갖는다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 내부 산화 층의 두께가 0.2 μm 미만일 때, 원소 Al의 외부 산화는 효과적으로 억제될 수 없고; 또한 상기 내부 산화 층의 두께가 10 μm 를 초과할 때, 강철 판의 하위 표면 (sub-surface)의 형성 특성 (formation property)이 영향을 받을 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 상기 내부 산화 층의 두께는 0.2 내지 10 μm로 조절된다.
나아가, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 내부 산화 층의 산화물은 그레인 경계 및 그레인 내부에 존재한다. 상기 내부 산화 층의 산화물은 주로 Al 산화물 및 Mn 산화물이고, 이들은 동시에 상기 내부 산화 층의 그레인의 내부 및 그레인 경계에 분포되어 있다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 철 입자 층의 두께는 상기 내부 산화 층의 두께보다 얇다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 철 입자 층은 0.1 내지 5 μm의 두께를 갖는다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 철 입자 층의 두께가 0.1 μm 미만일 때, 인수용성이 상대적으로 좋지 않고; 상기 철 입자 층의 두께가 5 μm를 초과할 때, 상기 철 입자 층을 형성하기 위하여 더 긴 열처리 방치 시간 (annealing holding time)이 필요하다. 따라서, 바람직하게는, 본 발명은 철 입자 층의 두께가 0.1 내지 5 μm가 되도록 정의한다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판의 철 입자 층은 0.3 내지 3 μm의 두께를 갖는다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 철 입자는 0.1 내지 5 μm의 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 철 입자의 입자 크기가 0.1 μm 미만일 때, 상기 철 입자의 두께 및 커버리지 면적이 작고 또한 인수용성이 상대적으로 좋지 않으며; 상기 철 입자의 입자 직경이 5 μm를 초과할 때, 상기 철 입자 층이 너무 두꺼워진다. 따라서, 바람직하게는, 본 발명은 상기 철 입자는 0.1 내지 5 μm의 입자 크기를 갖도록 정의한다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 상기 철 입자는 강철 판의 표면적의 30% 이상을 차지한다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 철 입자가 강철 판의 표면적의 30 % 미만을 차지하면, 철 입자로 덮여 있지 않은 강철 판의 표면적이 너무 커지고, 이들 부분에서 불량한 인수용성을 초래할 수있다. 따라서, 바람직하게는, 본 발명은 철 입자가 강철 판의 표면적의 30 % 이상을 차지하는 것으로 정의한다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 인접한 철 입자 사이의 최대 거리는 철 입자의 평균 입자 크기의 10 배 이하이다.
상기 해결책에서, 인접한 철 입자 사이의 최대 거리가 철 입자의 평균 입자 크기의 10 배 이상인 경우, 철 입자 사이의 간격은 인산 처리 시 인산화되지 않을 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 본 발명은 인접한 철 입자 사이의 최대 거리가 철 입자의 평균 입자 크기의 10 배 이하가 되도록 정의한다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 강철 판의 미세 구조는 페라이트 (ferrite) 및 잔류 오스테나이트 (residual austenite)이다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 잔류 오스테나이트의 상비는 6 내지 30 %이다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어서, 잔류 오스테나이트 중의 원소 C의 질량 퍼센트는 0.8 % 이상이다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에서, C는 오스테나이트 생성을 촉진시키는 중요한 고용체 강화 원소 (solid solution strengtheninig element)이다. 원소 Al을 많이 포함하는 저밀도 강철에 있어서, 잔류 오스테나이트 중의 C의 질량 퍼센트가 0.8 % 미만일 때, 잔류 오스테나이트의 함량 및 역학적 안정성이 상대적으로 낮아서, 강철 판의 강도 및 연성 (ductility)이 저하된다. 따라서, 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 잔류 오스테나이트에서의 C 함량은 0.8 % 이상이다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판의 밀도는 7500kg/m3 미만이어서, 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 밀도가 작고 경량이기 때문에, 이로 인해 자동차 구조 부품의 제조에 적합하다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판 중의 화학 원소의 질량 퍼센트는 C: 0.25 내지 0.50%, Mn: 0.25 내지 4.0%, Al: 3.0 내지 7.0%이고, 또한 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.
이때, 상기 불가피한 불순물은 주로 원소 S, P 및 N이고, 또한 P≤0.02%，S≤0.01%，N≤0.01%이도록 조절할 수 있다.
냉간 압연 저밀도 강철 판 중의 각 화학 원소의 설계 원칙은 다음과 같다:
C: C는 오스테나이트 형성을 촉진하는 중요한 고용체 강화 원소이다. Al이 풍부한 저밀도 강철에 있어서, C의 질량 퍼센트가 0.25 % 미만일 때, 잔류 오스테나이트의 함량 및 역학적 안정성이 상대적으로 낮아서, 강철 판의 강도 및 연성이 낮아지고; C의 질량 퍼센트가 0.5%를 초과할 때, 페라이트 그레인 경계에 분포하는 층상 카바이드 (lamellar carbide) 및 카바이드 입자가 거칠어짐으로써, 이로 인해 강철 판의 압연 변형 능력이 저하된다. 따라서, 본 발명은 C 질량 퍼센트를 0.25 내지 0.50%로 조절한다.
Mn : Mn은 오스테나이트의 안정성을 향상시키고, ?칭 도중 강철의 임계 냉각 속도를 감소시키며 강철의 경화능 (hardenability)을 향상시킨다. Mn은 또한 강철의 가공 경화 특성을 향상시킴으로써, 이로 인해 강철 판의 강도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 지나치게 많은 Mn 함량은 슬래브 중에 Mn 편석 (segregation) 및 열간 압연 판 중에 현저한 띠 모양의 구조 (band-like structure) 분포를 발생시킴으로써, 이로 인해 강철 판의 연성 및 굽힘 특성이 저하된다. 또한, 지나치게 높은 Mn 함량은 냉간 압연 변형 중에 열간 압연 판에 균열을 발생하게 하기 쉽다. 따라서, 본 발명은 Mn의 질량 퍼센트를 0.25 내지 4.0%로 조절한다.
원소 Al은 페라이트 형성 원소이다. 원소 Al을 첨가함으로써 강철 판의 밀도를 현저히 감소시킬 수 있기 때문에, 본 발명에서 원소 Al의 질량 퍼센트는 3.0% 이상이다. 그러나, 7.0%를 초과하는 질량 퍼센트를 갖는 원소 Al은 오스테나이트의 형성을 억제한다. 추가적으로, 원소 Al은 강철 중의 오스테나이트의 적층 결함 에너지를 현저하게 증가시킬 수 있다. 따라서, 7.0%를 초과하는 질량 퍼센트를 갖는 원소 Al은 강철 중의 잔류 오스테나이트가 변형 중에 마르텐사이트 변태를 일으키도록 유도되는 것을 억제하므로, 강철 판이 우수한 강도 및 가소성 매칭을 수득하는 것을 어렵게 한다. 따라서, 본 발명은 원소 Al의 질량 퍼센트를 3.0 내지 7.0%로 정의한다.
P: P는 고용체 강화 원소이다. 그러나, P는 강철의 저온 취성 (cold brittleness)을 증가시키고, 강철의 가소성을 감소시키며 냉간 굽힘 특성 (cold bending property) 및 용접성 (weldability)을 저하시킨다. 따라서, 본 발명은 P의 질량 퍼센트를 0.02% 이하로 정의한다.
S: S는 강철을 고온 취성화시키며, 강철의 연성 및 인성을 감소시키고, 용접성을 저하 시키며 강철의 내식성을 감소시킨다. 따라서, 본 발명은 S의 질량 퍼센트를 0.01% 이하로 정의한다.
N: N 및 Al은 AlN을 형성하고, 주상 수지상정 (columnar dendrite)은 경화 (solidification) 동안 정제될 수 있다. 그러나, N 함량이 너무 높으면, 형성된 거친 AlN 입자가 강철 판의 연성에 영향을 미친다. 추가적으로, 과량의 AlN은 강철의 열가소성을 감소시킨다. 따라서, 본 발명은 N의 질량 퍼센트를 0.01% 이하로 정의한다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판은 Si, Ti, Nb, V, Cr, Mo, Ni, Cu, B, Zr 및 Ca 원소 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판은 25%를 초과하는 연신율 및 800 MPa를 초과하는 인장 강도를 갖는다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 인수용성을 갖는 상기 설명된 냉간 압연 저밀도 강철 판 중 어느 하나를 제조할 수 있는, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
용융 및 캐스팅하는 제 1 단계;
열간 압연하는 제 2 단계;
산세척하는 제 3 단계;
냉간 압연하는 제 4 단계;
750 내지 950 °C의 균열 온도로 가열하고 그후 30 내지 600 초 동안 방치하며, 이때 열처리 대기환경의 이슬점은 -15 내지 20°C이고; 그후 냉각한 후에 균열된 띠강을 코일링하는 과정으로 이루어지도록 연속적 열처리하는 제 5 단계를 포함하는
냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법을 제공한다.
본 기술적 해결방안에 있어서, 제 5 단계에서의 연속적 열처리의 균열 온도 및 방치 시간 (holding time)은 주로 연속적 열처리 후 강철 판의 표면에 철 입자 층을 형성하기 위하여 정의된다. 균열 온도를 750 °C 내지 950 °C로 조절하고 또한 방치 시간을 30 내지 600 초로 조절하는 이유는 다음과 같다: 750 °C 미만의 균열 온도 또는 30 초 미만의 방치 시간에서, 냉간 압연 저밀도 강철 판의 강철 기판 (steel substrate)의 마르텐사이트가 오스테나이트 입자를 형성하기 위한 오스테나이트 역상 변태 (austenite reverse phase transformation)를 충분히 거치지 않고, 냉간 압연 저밀도 강철 판의 강철 기판 중의 카바이드가 오스테나이트 입자를 형성하기 위해 완전히 용해되지 않고, 띠형태의 고온 페라이트가 충분히 동적 재결정화되고 정제되지 못하여, 열처리 후의 강철 판의 표면 상에 철 입자 층이 충분히 형성되지 않고 또한 인수용성이 나빠진다. 균열 온도가 950 °C를 초과하거나 방치 시간이 600 초를 초과하면, 균열 처리 후에 강철 판 기판 (steel sheet substrate)의 미세구조 내의 오스테나이트 그레인이 조대화되고, 강철 내의 오스테나이트 안정성이 저하되어, 열처리 후에 강철 판 기판 중의 잔류 오스테나이트 함량이 감소하고 또한 잔류 오스테나이트 안정성이 저하된다. 결과적으로, 열처리 후 강철 판의 역학적 특성이 악화된다. 균열 온도가 950 °C를 초과하거나 방치 시간이 600 초를 초과하면, 열처리 후 강철 판 표면 상의 철 입자의 입자 크기가 너무 커지고 또한 내부 산화 층이 너무 두꺼워 져서, 강철 판 표면의 성형 특성에 부정적인 영향을 미친다.
또한, 본 기술적 해결방안에서의 철 입자 층의 형성은 기술적 해결방안에서 규정된 열처리 대기환경의 이슬점과 밀접한 관련이 있다. 연속적 열처리에서 열처리 대기환경의 이슬점을 조절함으로써 외부 산화물 Al2O3의 생성이 억제되고 또한 내부 산화 층 중의 내부 산화물로 전환되어, 철 입자가 강철 판의 표면 상에 형성된다. 상기 이슬점 범위 내에서, 열처리 대기환경은 Fe에 대하여 환원성이며, 이로 인해 철 산화물이 환원된다. 열처리 대기환경의 이슬점이 -15 °C 미만인 경우, 상기 열처리 대기환경은 강철 기판 중의 원소 Al에 대하여 여전히 산화성이고, 또한 강철 기판의 Al은 강철 기판의 표면 상에 연속적이고 치밀한 Al2O3 피막을 형성하여, 인수용성에 영향을 미친다. 열처리 대기환경의 이슬점이 20 °C 보다 높으면, 열처리 대기환경의 산소 포텐셜이 너무 높아지고, 강철 기판으로의 O 원자의 확산 능력이 증가하고, 강철 판 표면에 형성된 Al 및 Mn 등의 합금 원소로 형성된 내부 산화 층이 지나치게 두꺼워짐으로써, 강철 판 표면의 성형 특성에 영향을 미친다.
바람직하게는, 제 5 단계에서의 방치 시간은 30 내지 200 초이다.
바람직하게는, 본 기술적 해결방안에 있어서, 개선된 시행 효과를 달성하기 위해서는, 균열의 방치 시간은 30 내지 200 초로 조절된다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 단계의 가열 온도는 1000 내지 1250 °C이고, 방치 시간은 0.5 내지 3 시간이며 또한 마무리 압연 온도는 800 내지 900 °C이고, 그 후 열간 압연된 판을 500 내지 750 °C 에서 코일링한다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 단계의 가열 온도는 다음 이유들에 의하여 1000 내지 1250 °C로 정의된다: 가열 온도가 1250 °C를 초과하면, 강철 판의 슬래브가 과열되고 또한 슬래브의 그레인 구조가 거칠어져서, 열간 가공성이 저하되고, 또한 초고온에 의해 슬래브 표면에서 심한 탈탄이 발생한다; 가열 온도가 1000 °C 보다 낮으면, 고압 물 디스케일링 및 초기 압연 후의 슬래브의 마무리 압연 온도가 너무 낮아져, 슬래브의 변형 저항이 지나치게 높아지므로, 표면 결함이 없이 미리 정해진 두께를 갖는 강철 판을 제조하는 것이 어려워진다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법에 있어, 다음 원인으로 인해 상기 제 2 단계의 방치 시간은 0.5 내지 3 시간으로 정의된다: 방치 시간이 3 시간을 초과하면, 강철 판의 슬래브의 그레인 구조가 거칠어지고 슬래브 표면의 탈탄이 심각해진다; 방치 시간이 0.5 시간 미만에서는, 슬래브의 내부가 균일하지 못하다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법에 있어, 상기 제 2 단계의 마무리 압연 온도는 캐스팅 슬래브의 열간 압연을 완료하기 위하여 800 내지 900 °C로 정의된다. 마무리 압연 온도가 지나치게 낮으면, 슬래브의 변형 저항이 지나치게 높아져서, 표면 및 엣지 결함이 없이 요구되는 두께를 갖는 열간 압연 강철 판 및 냉간 압연 강철 판을 제조하는 것이 어렵다. 또한, 본 발명의 마무리 압연 온도가 800 °C 보다 낮으면, 슬래브 내부의 열간 압연된 띠형태의 고온 페라이트가 충분히 회복되지 않고, 재결정화 및 정제될 수 없다. 슬래브를 배출한 후 열간 압연 공정 중에 슬래브 온도는 자연적으로 저하되기 때문에, 마무리 압연 온도를 900 °C 이상으로 조절하는 것은 어렵다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법에 있어, 상기 제 2 단계에 있어서, 열간 압연 판을 500 내지 750 °C 에서 코일링하도록 정의된다. 코일링 온도가 750 °C보다 높으면, 열간 압연된 띠가 편평하게 코일링되는 것을 방지하기가 어렵고, 열간 압연된 코일의 헤드, 미들 및 테일 소재의 미세구조의 불균일성이 증가한다; 코일링 온도가 500 °C보다 낮으면, 열간 압연된 코일의 높은 인장 강도가 냉간 압연에 어려움을 야기할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법에 있어, 상기 제 4 단계의 냉간 압연 비율은 30 내지 90%이다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법에 있어서, 상기 제 4 단계의 냉간 압연 비율은 다음 원인들에 의하여 정의된다: 열간 압연 강철 판은 산세척 후 미리 정해진 두께를 수득하기 위하여 냉간 압연 변형을 거치고, 30%를 초과하는 냉간 압연 비율은 후속 열처리 공정에서 오스테나이트 생성 속도를 증가시키며, 변형된 고온 페라이트의 형성에 기여하고 열처리된 강철 판의 미세구조 균일성을 향상시킴으로써, 이로 인해 열처리된 강철 판의 연성을 향상시킨다. 그러나, 냉간 압연 비율이 90%를 초과하면, 가공 경화에 의한 재료의 변형 저항이 매우 높아져, 미리 정해진 두께 및 양호한 판 타입을 갖는 냉간 압연 강철 판을 제조하는 것이 매우 어렵다. 따라서, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판의 냉간 압연 비율은 30 내지 90%로 조절된다.
바람직하게는, 본 발명의 기술적 해결방안에서, 보다 우수한 시행 효과를 얻기 위하여, 냉간 압연 비율은 50 내지 80%이다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법의 제 5 단계에 있어서, 가열 섹션 및 방치 섹션의 대기환경은 N2와 H2의 혼합 기체이고, H2의 부피 함량은 0.5 내지 20%이다.
바람직하게는, 본 발명의 기술적 해결방안에서, 보다 우수한 시행 효과를 달성하기 위하여, H2의 부피 함량은 1 내지 5%이다.
바람직하게는, 본 발명의 기술적 해결방안에서, 보다 우수한 시행 효과를 달성하기 위하여, 열처리 대기환경의 이슬점을 -10 내지 0 °C로 조절된다.
또한, 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법의 제 5 단계에 있어, 가열 속도는 1 내지 20 °C/s이고, 균열 처리 후의 냉각 속도는 1 내지 150 °C/s이다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법의 제 5 단계에 있어, 균열 처리 후의 냉각 속도는 1 내지 150°C/s이고, 냉각 속도는 바람직하게는 10 내지 50 °C/s이다. 냉각 속도의 선택은 냉각 과정 중에 강철 판의 오스나이트 분해를 피할 필요가 있다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판은 다음과 같은 장점 및 유익한 효과를 갖는다:
(1) 본 발명의 냉간 압연 저밀도 강철 판은 Al 원소의 높은 함량 때문에 낮은 밀도 (즉, 7500kg/m3 미만)를 가지므로, 이로 인해 경량화를 달성하고;
(2) 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 강철 판은 철 입자 층을 가지기 때문에 인수용성이 우수하며;
(3) 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판은 우수한 역학적 특성을 가지고, 또한 25% 이상의 연신율 및 800MPa 이상의 인장 강도를 갖는다.
도 1은 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 구조를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 단면 금속조직 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 강철 판의 실시예 A2의 표면의 주사 전자 현미경 (scanning electron microscope)의 이차 전자 이미지이다.
도 4는 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 강철 판의 실시예 A7의 표면의 주사 전자 현미경의 이차 전자 이미지다.
도 5는 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 강철 판의 비교예 B1의 표면의 주사 전자 현미경의 이차 전자 이미지다.
도 6은 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 실시예 A2의 표면의 주사 전자 현미경의 저배율 후방산란 전자 이미지이다.
도 7은 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 실시예 A2의 표면의 주사 전자 현미경의 고배율 이차 전자 이미지이다.
도 8은 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 비교예 B1의 표면의 주사 전자 현미경의 저배율 후방산란 전자 이미지이다.
도 9는 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 비교예 B1의 표면의 주사 전자 현미경의 고배율 이차 전자 이미지이다.
본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판 및 이의 제조 방법을 도면 및 구체적 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명하고 예시한다. 그러나, 설명 및 예시는 본 발명의 기술적 해결방안의 부당한 제한을 구성하지 않는다.
도 1은 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 구조를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 강철 판은 강철 기판 1, 강철 판의 표면 상의 철 입자 층 3, 철 입자 층의 내측 층에 위치하고 철 입자층에 인접한 내부 산화 층 2를 포함한다.
도 2는 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 단면 금속조직 구조를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판에 있어, 열처리 대기환경의 이슬점을 조절함으로써 Al2O3 표면 상의 철 입자 층 3의 외부 산화물의 형성은 억제되고 내부 산화 층 2의 내부 산화물로 전환되고, 강철 판의 표면에 철 입자가 형성된다. 인산 처리 후, 외관이 균일하고 인산염 피막으로 완전히 피복된 표면이 수득된다. 이때, 내부 산화 층 2의 두께는 0.2 내지 10 μm 이고, 내부 산화 층 2의 산화물은 그레인 경계 및 그레인 내부에 존재하며, 철 입자 층 3의 두께는 내부 산화 층의 두께보다 얇고, 또한 철 입자 층 3의 두께는 0.1 내지 5 μm이다.
실시예 A1 내지 A16 및 비교예 B1 내지 B6
표 1은 실시예 A1 내지 A16의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판 및 비교예 B1 내지 B6의 종래의 강철 판의 성분 중의 화학 원소의 질량 퍼센트를 열거한다.
(wt%, 나머지는 Fe)
C Mn Al Si N S P
성분 I 0.37 1.1 4.1 0.31 0.0025 0.002 0.004
성분 II 0.45 2 6.1 - 0.0040 0.003 0.007
성분 III 0.34 2.8 5.2 - 0.0027 0.003 0.007
표 1에서 볼 수 있듯이, 성분 I, II 및 III의 화학적 원소의 질량 퍼센트 범위는 다음과 같이 조절된다: C: 0.25 내지 0.50%, Mn: 0.25 내지 4.0%, Al: 3.0 내지 7.0%, P≤0.02%, S≤0.01%, N≤0.01%, 및 Si가 성분 I에 첨가된다.실시예 A1 내지 A16의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판 및 비교예 B1 내지 B6의 종래의 강철 판은 다음 단계에 의해 제조되었다:
표 1의 대응하는 성분의 화학적 원소의 질량 퍼센트에 따라 용융 및 캐스팅하는 제 1 단계;
가열 온도가 1000 내지 1250 °C로 조절되고, 방치 시간은 0.5 내지 3 시간이며, 마무리 압연 온도는 800 °C 이상이고, 그후 750 °C 보다 낮은 온도에서 열간 압연 판을 코일링하여, 열간 압연하는 제 2 단계;
산세척하는 제 3 단계;
냉간 압연 비율은 30 내지 90%로 조절되는 냉간 압연하는 제 4 단계;
연속적 열처리 : 750 내지 950 °C의 균열 온도로 가열하고 그후 30 내지 600 초 동안 방치하며, 냉각 후 균열된 띠강을 코일링하고, 이때 가열 섹션과 방치 섹션의 대기환경은 N2와 H2의 혼합 기체이고, H2의 부피 함량은 0.5 내지 20%이며, 열처리 대기환경의 이슬점은 -15 °C 내지 20 °C이고, 가열 속도가 1 내지 20 °C/s이며, 균열 처리 후의 냉각 속도가 1 내지 150 °C/s인 연속적 열처리하는 제 5 단계.
표 2는 실시예 A1 내지 A16의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판 및 비교예 B1 내지 B6의 종래의 강철 판의 특정 공정 파라미터를 열거한다.
Figure pct00001
도 3은 실시예 A2의 표면의 주사 전자 현미경의 이차 전자 이미지이다. 도 4는 실시예 A7의 표면의 주사 전자 현미경의 이차 전자 이미지다. 도 5는 비교예 B1의 표면의 주사 전자 현미경의 이차 전자 이미지다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 A7의 철 입자는 충분히 성장하지 못하였고 또한 철 입자들 사이의 간격이 크지만, 실시예 A2의 철 입자는 충분히 성장하였고 철 입자 사이의 간격이 작은 것을 제외하고는, 실시예 A2 및 A7의 표면에 철 입자가 출현하였다. 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 A2에서의 균열 방치 시간은 실시예 A7에서의 균열 방치 시간보다 길다. 따라서, 본 발명의 균열 방치 시간은 30 내지 200 초가 바람직하다. 도 5는 비교예 B1의 표면의 주사 전자 현미경의 이차 전자 이미지이고, 이때 Al2O3 피막의 층이 표면 상에 관찰되었지만, 철 입자는 관찰되지 않았으며, 표면 형태학적 특징은 도 3 및 4에 도시된 실시예와 완전히 상이하다. 단면 금속조직도로부터 비교예 B1에서 철 입자 층 또는 내부 산화 층이 형성되지 않았다는 것을 알 수 있다.
표 3은 실시예 A1 내지 A16의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판 및 비교예 B1 내지 B6의 종래의 강철 판의 성능 파라미터를 열거한다.
이때, 인수용성은 하기의 방법에 의해 결정되었다: 주사 전자 현미경 상에서 10 개의 500 배 시야 (field of view)를 무작위로 선택하여 인산 처리 후 강철 판 표면의 인산염 피막을 관찰하고, 인산염 피막의 커버리지 비율을 이미지 소프트웨어로 통계적으로 분석하였다; 10 개 시야에서의 인산염 피막의 평균 커버리지 비율이 75% 이상인 경우, 인수용성이 양호하다고 결정되었고 (O로 표시), 10 개 시야에서의 인산염 피막의 평균 커버리지 비율이 75% 미만인 경우 인수용성이 나쁘다고 결정되었다 (X로 표시).
실시예 및 비교예의 강철 판의 성능 파라미터
밀도 (kg/m3) 연신율 (%) 인장 강도 (MPa) 인수용성
실시예 1 7340 25 838 O
실시예 2 7340 32 831 O
실시예 3 7340 33 844 O
실시예 4 7340 25 823 O
실시예 5 7340 28 858 O
실시예 6 7340 34 852 O
실시예 7 7340 29 843 O
실시예 8 7340 33 828 O
실시예 9 7340 29 830 O
실시예 10 7340 27 851 O
실시예 11 7340 27 821 O
실시예 12 7340 26 848 O
실시예 13 7150 27 839 O
실시예 14 7150 28 850 O
실시예 15 7280 33 850 O
실시예 16 7280 26 836 O
비교예 1 7340 28 825 X
비교예 2 7340 27 851 X
비교예 3 7340 32 848 X
비교예 4 7340 35 849 X
비교예 5 7340 30 836 X
비교예 6 7280 27 836 X
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 A1 내지 A16은 모두 밀도가 7500kg/m3 미만이고, 연신율이 25% 이상이며 또한 인장 강도가 800MPa 이상이며, 또한 실시예 A1 내지 A16의 인수용성은 비교예 B1 내지 B6의 인수용성 보다 우수하다.도 6은 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 실시예 A2의 표면의 주사 전자 현미경의 저배율 후방산란 전자 이미지이다. 도 7은 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 실시예 A2의 표면의 주사 전자 현미경의 고배율 이차 전자 이미지이다. 도 8은 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 비교예 B1의 표면의 주사 전자 현미경의 저배율 후방산란 전자 이미지이다. 도 9는 인산 처리 후의 본 발명의 우수한 인수용성을 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 비교예 B1의 표면의 주사 전자 현미경의 고배율 이차 전자 이미지이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전자 현미경으로 저배율에서 실시예 A2의 균일한 인산염이 관찰되었다. 또한, 도 7에 도시된 고배율 관찰에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 A2의 인산염 피막은 강철 판 표면을 완전히 덮고 또한 인산염 결정이 균일하다. 도 8에 도시된 주사 전자 현미경의 저배율에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 B1의 인산염은 불균일하고, 이때 흑색 영역은 인산염 결정이 형성된 영역이며 또한 백색 영역은 인산염 결정이 형성되지 않고, 또한 표면 인산염 커버리지 비율이 낮은 영역이다. 더 확대된 이미지는 그림 9에 도시되어 있다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 B1의 표면의 일부만이 인산 결정을 갖는다.
그 이유는 다음과 같다: 실시예의 열처리 대기환경의 이슬점은 -15 °C 내지 + 20 °C이다. 상기 이슬점 범위에서, 원소 Al은 외부 산화물로부터 내부 산화물로 전환될 수 있어, 이로 인해 실시예의 강철 판의 표면 상에 연속적인 치밀한 Al2O3 피막의 형성을 피하여 인산 처리에 영향을 미치지 않고, 따라서 원소 Al은 강철 판의 산화 층에서 0.2 내지 10 μm의 두께를 형성한다. 실시예의 강철 판의 표면 층은 철 입자 층을 갖고 있기 때문에, 실시예의 강철 판을 인산 처리할 때, 정상 연강 (normal mild steel)의 표면을 인산 처리하는 것과 동일하다. 반대로, 비교예에서는 강철 기판의 표면이 유효한 철 입자 층을 형성하지 않고 연속된 치밀한 Al2O3 산화물 피막을 형성하기 때문에, 인산화 용액과 철의 반응을 방해하므로, 유효한 인산염 피막이 형성되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시예에 불과하며, 또한 본 발명은 여러 가지의 유사한 변형이 가능하고, 상기 실시예에 한정되는 것은 아닌 것은 자명하다. 본 발명의 개시로부터 당업자에 의해 유도되거나 고안된 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 있어야한다.

Claims (21)

  1. 우수한 인수용성을 가진 냉간 압연 저밀도 강철 판으로서, 이때
    철 입자 층이 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판의 표면 상에 배치되고, 또한 분산된 철 입자가 상기 철 입자 층에 존재하며;
    원소 Al를 3.0% 내지 7.0% 질량 퍼센트 포함하는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 철 입자 층의 내측은 상기 철 입자 층에 인접하게 내부 산화 층을 갖고, 상기 내부 산화 층은 Al의 산화물을 포함하는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 내부 산화 층은 부가적으로 Mn의 산화물을 포함하는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 내부 산화 층은 0.2 내지 10 μm의 두께를 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 내부 산화 층의 산화물은 그레인 경계 및 그레인 내부에 존재하는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 철 입자 층의 두께는 상기 내부 산화 층의 두께보다 얇은 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 철 입자 층은 0.1 내지 5 μm의 두께를 가지는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 철 입자는 0.1 내지 5 μm의 입자 크기를 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 철 입자는 상기 강철 판의 표면적의 30% 이상을 덮고 있는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  10. 제 1 항에 있어서, 인접한 철 입자 사이의 최대 거리는 상기 철 입자의 평균 입자 크기의 10 배를 초과하지 않는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 강철 판의 미세구조는 페라이트 및 잔류 오스테나이트인 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 잔류 오스테나이트의 상비는 6 내지 30%인 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 잔류 오스테나이트에서의 원소 C의 질량 퍼센트는 0.8% 미만이 아닌 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 7500 kg/m3 보다 작은 밀도를 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  15. 제 1 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 C: 0.25 내지 0.50%, Mn: 0.25 내지 4.0%, Al: 3.0 내지 7.0%와 같은 화학 원소의 질량 퍼센트를 갖고, 또한 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물인 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 냉간 압연 저밀도 강철 판은 25% 보다 큰 연신율, 및 800 MPa 보다 큰 인장 강도를 갖는 냉간 압연 저밀도 강철 판.
  17. 용융 및 캐스팅하는 제 1 단계;
    열간 압연하는 제 2 단계;
    산세척하는 제 3 단계;
    냉간 압연하는 제 4 단계;
    750 내지 950 °C의 균열 온도로 가열하고 그후 30 내지 600 초 동안 방치하며, 이때 열처리 대기환경의 이슬점은 -15 내지 20°C이고; 그후 냉각한 후에 균열된 띠강을 코일링하는 과정으로 이루어지도록 연속적 열처리하는 제 5 단계를 포함하는
    제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 의한 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서, 가열 온도는 1000 내지 1250 °C이고, 방치 시간은 0.5 내지 3 시간이며 또한 마무리 압연 온도는 800 내지 900 °C이고, 그후 열간 압연 판을 500 내지 750 °C에서 코일링하는 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 제 4 단계의 냉간 압연 비율은 30 내지 90%인 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 제 5 단계에서, 가열 섹션 및 방치 섹션의 상기 대기는 N2 및 H2의 혼합 기체이고, 이때 H2의 부피 함량은 0.5 내지 20%인 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 제 5 단계에서, 가열 속도는 1 내지 20 °C/s이고 또한 균열 이후 냉각 속도는 1 내지 150 °C/s인 냉간 압연 저밀도 강철 판의 제조 방법.
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