KR20200024398A

KR20200024398A - 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20200024398A
Application number: KR1020180101006A
Authority: KR
Inventors: 김민성
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-03-09
Also published as: KR102089170B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강판이며, 상기 강판의 최종 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함한다.

Description

강판 및 그 제조방법{STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초고강도의 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차용 강판은 사용자의 안전 확보 및 차체 경량화를 위한 강도 증가 및 가공을 용이하게 하기 위한 연신율 확보에 초점을 맞춰 개발되어 왔다. 하지만 기존 초고강도 강판의 경우 고강도화 될수록 연신율이 급격히 저하되고 성형성이 저하되기 때문에 복잡한 형상을 갖는 부품에 적용되기 어려운 단점이 있다. 그래서 기존 초고강도 강판을 개선하기 위해 제 3 세대 자동차 강판 개발이 진행되고 있으며, 그 중 대표적으로 망간을 다량 첨가하여 성형성을 확보할 수 있는 중망간강이 개발 중에 있다. 망간은 오스테나이트 안정화 원소로서 소둔 열처리 시 잔류 오스테나이트로 확산되어 잔류 오스테나이트의 분율 및 안정도를 높여 성형시 TRIP효과를 극대화 시켜 강도와 연성을 동시에 향상시킨다.

하지만 중망간계 강에서 두 가지 문제점이 있다. 첫번째로 냉간 압연성이 저하된다는 점, 두번째는 온도에 굉장히 민감한 강종으로 최종 열처리 시 열처리 온도 관리 범위가 매우 좁다는 점이다. 중망간강은 열간 압연 후 저온상인 마르텐사이트 조직으로 인한 높은 강도 때문에 냉간 압연에 어려움을 갖는다. 또한 중망간계 강에서 재질은 최종 소둔 열처리 온도에 매우 민감하여 양산 시 소둔 열처리 온도 관리 범위가 매우 좁기 때문에 양산에 어려움을 갖는다.

관련 선행기술로는 대한민국 출원번호 제10-2016-0083407호, 발명의 명칭 : 샌드위치 강판용 외판재의 제조방법 및 이로부터 제조된 외판재를 이용한 샌드위치 강판)가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 냉간압연 시 부하를 줄이며, 열처리시 공정 온도 범위를 증가시켜 양산에 최적화된 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강판이며, 상기 강판의 최종 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함한다.

상기 강판에서, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 ~20 ~ 30%이며, 상기 페라이트의 분율은 70 ~ 80%일 수 있다.

상기 강판은 항복강도가 850MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상이며, 연신율은 20% 이상일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법은 탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1150 내지 1250℃로 재가열하는 단계; (b) 상기 강재를 압연종료온도 880 ~ 930℃가 되도록 열간 압연하는 단계; (c) 상기 열간 압연된 강재를 550 ~ 750℃에서 권취하는 단계; (d) 상기 강재를 550 ~ 850℃에서 연화열처리하는 단계; (e) 상기 연화열처리된 강재를 40 ~ 60%의 압하율로 냉간 압연하는 단계; 및(f) 상기 냉간 압연된 강재를 550 ~ 850℃에서 소둔처리하는 단계; 를 포함한다.

상기 강판의 제조방법에서, 상기 (c) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 마르텐사이트를 포함하고, 상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있다.

상기 강판의 제조방법에서, 상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 미세조직에서 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 ~20 ~ 30%이며, 상기 페라이트의 분율은 70 ~ 80%일 수 있다.

상기 강판의 제조방법에서, 상기 강판은 항복강도가 850MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상이며, 연신율은 20% 이상일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 냉간압연 시 부하를 줄이며, 열처리시 공정 온도 범위를 증가시켜 양산에 최적화된 강재 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험예에서 열간압연재의 미세조직을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예에서 620℃ 연화열처리 후의 미세조직을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예에서 연화열처리 없이 냉간압연 및 최종 열처리 후 미세조직을 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실험예에서 연화열처리 후 냉간압연 및 열처리 후 미세조직을 보여주는 사진이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

일반적으로 열연코일을 냉간압연 할때 열연코일의 엣지 결함으로 인한 냉간압연 시 결함을 제거하기 위해 열연코일의 양쪽 엣지를 5 ~ 10mm 정도 절단 후 냉간압연을 하게 된다. 하지만 열간압연재의 강도가 높을 경우 엣지 절단 시 열간압연재의 엣지에 높은 응력집중과 전위가 직접되어 냉간압연 시 크랙의 시발점으로 작용하여 파단이 발생할 위험이 생긴다. 또한 열간압연재의 강도가 높을 경우, 코일의 폭 및 냉간압연 압하율에 따라 강도가 큰 폭으로 증가하기 때문에 부품 성형 시 필요한 코일 치수를 맞추지 못하는 문제점이 발생하며 심지어 냉간압연 자체가 불가능한 경우가 발생한다.

또한 중망간계강은 온도에 매우 민감한 강종으로 10℃ 차이에 따라 오스테나이트 분율 및 안정도가 급격하게 달라진다. 이러한 이유로 양산시 열처리 온도 관리 범위가 매우 좁아 양산에 어려움을 갖는다. 이러한 어려움을 해결하기 위해 Al을 다량 첨가하는 방법이 있다. Al 첨가 시 페라이트와 오스테나이트가 존재하는 이상역 온도 범위가 증가하여 온도관리 범위를 증가시킬 수 있지만, 연속 주조 시 코너 크랙이 발생하는 치명적인 단점이 있어 실제 양산에는 어려움이 있다.

그러므로 본 발명에서는 초고강도 열연코일의 냉간압연 시 공정부하를 최소화하기 위해 열연 코일 내 오스테나이트 분율을 최대한 확보하여 열간압연재 강도를 감소시키고, 최종 열처리 공정 관리범위를 확보하여 최종 코일 재질 편차를 줄일 수 있는 중간 열처리 공정(이하 연화열처리로 지칭)을 제공한다.

본 발명은 냉간압연 전 열간압연재의 연화열처리 공정 조건을 통해 냉간압연 시 부하를 줄이며, 잔류 오스테나이트의 안정도를 높여 최종 열처리시 공정 온도 범위를 증가시켜 양산에 최적화된 공정 방법에 대해 제공한다. 열간압연재를 장시간 연화열처리 한 후 높아진 잔류 오스테나이트의 안정도가 냉간압연 후 최종 소둔재까지 영향을 미침으로써 열처리 온도 범위와 재질을 증가시킨다. 또한 강판의 최종 미세조직은 초미세결정립을 가지는 페라이트(70~80%) 및 잔류 오스테나이트(20~30%)로 구성된다. 강판의 항복강도는 850 MPa 이상, 인장 강도는 1000 MPa 이상, 연신율은 20% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 내용을 기초로 하여 이루어진 것으로, 이하의 강판 그리고 그 제조 방법을 제공한다.

강판

본 발명의 일 실시예에 따르는 강판은 탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.

탄소(C)

탄소(C)는 제강에 있어 가장 중요한 합금 원소이며, 본 발명에서는 기본적인 강화 역할 및 오스테나이트 안정화를 주요 목적으로 한다. 오스테나이트 내 높은 탄소 농도는 오스테나이트 안정도를 향상시켜 재질 향상을 위한 적절한 오스테나이트 확보에 용이하다. 탄소(C)는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0.05 ~ 0.4중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 탄소의 함량이 전체 중량의 0.05중량% 미만일 경우에는 상술한 첨가 효과를 기대하기 어렵다. 반대로, 탄소의 함량이 전체 중량의 0.4중량%를 초과할 경우에는 탄소당량 증가에 따른 용접성의 하락을 초래하며, 모재의 충격 인성을 저하시킬 수 있으며, 성형성의 저하를 가져오는 문제점이 있을 수 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 탄화물 형성을 억제하는 원소이며 특히 Fe₃C 형성에 따른 재질 저하 방지에 그 역할이 있다. 페라이트 안정화 원소로 잘 알려져 있어 냉각 중 페라이트 분율을 높여 연성을 증가시키는 원소로 잘 알려져 있다. 한편, 실리콘은 알루미늄과 함께 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가되며, 고용강화 효과도 가질 수 있다. 상기 실리콘은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0.03 ~ 2.0중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 실리콘의 함량이 전체 중량의 0.03중량% 미만인 경우 상술한 첨가 효과를 구현할 수 없으며, 실리콘의 함량이 전체 중량의 2.0중량%를 초과하여 다량 첨가시 공정 시 강판 표면에 산화물(SiO₂)이 형성되어 해당 부분 젖음성 열위에 따른 도금성 저하를 가져올 수 있으며, 강의 용접성을 저하시키며, 재가열 및 열간압연 시에 붉은 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 오스테나이트 안정화를 하는 주요 원소이다. 망간이 첨가됨에 따라 마르텐사이트 형성 시작 온도인 Ms가 점차 낮아지게 되어 연속 어닐링 공정 진행 시 잔류 오스테나이트 분율을 증가시키는 효과를 가져올 수 있다. 오스테나이트 안정화 원소로 저온상의 분율을 증가시키고 고용 강화 효과로 강의 강도를 증가시키는 원소로 사용된다. 즉, 망간은 고용 강화에 효과적이며, 강의 경화능을 증가시킬 수 있다. 망간은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 3.0 ~ 9.0중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 망간의 함량이 3.0중량% 보다 작을 경우, 마르텐사이트 확보가 어려워 목표로 하는 강도 및 물성을 확보하는 것이 어렵다. 또한, 망간의 함량이 9.0중량%를 초과할 경우, 탄소당량 증가에 따른 용접성의 하락 및 공정 시 강판 표면에 산화물(MnO)이 형성되어 해당 부분 젖음성 열위에 따른 도금성 저하를 가져올 수 있으며, 연신율이 저하되며, 용접성이 저하되고, MnS 개재물 및 중심 편석(center segregation)이 발생하여 강판의 연성이 저하되고 내부식성이 저하될 수 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 실리콘과 같이 페라이트 안정화 및 탄화물의 형성을 억제하는 원소이다. 즉, 알루미늄은 페라이트 내 탄소를 오스테나이트로 분배하여 마르텐사이트 경화능을 향상시키며, 소둔시 고온역 열처리가 가능하게 함으로써 초기 존재하는 페라이트의 성장을 유도하여 연신율 향상시키는데 유효한 원소이다. 또한, 알루미늄은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 제강 공정에 첨가되며, AlN으로 강 중에 석출하여 결정립 미세화에 기여할 수 있다. 상기 알루미늄은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 중량의 0.03 ~ 1.0중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.03중량% 미만이면 상술한 알루미늄 첨가 효과가 미흡하고, 1.0중량%를 초과하면 제강 및 소둔 온도 증가 등 공정 부하가 발생하며 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨리며, 비금속개재물인 알루미나(Al₂O₃)를 형성하여 연성 및 인성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

인(P)

인(P)은 고용 강화에 의해 강도의 강도를 높이며, 탄화물의 형성을 억제하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 인은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0 초과 0.02중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 인의 함량이 0.02중량%를 초과하는 경우에는 용접성의 저하 및 취성이 발현되며, 슬라브 중심 편석에 의한 내부식성 저하 문제가 있으며 석출거동에 의해 저온 충격치가 저하되는 문제가 있다.

황(S)

황(S)은 미세 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킬 수 있다. 상기 황은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0 초과 0.005중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 황의 함량이 0.005중량%를 초과할 경우, 표면 결함 및 가공균열의 원인이 되며 인성 및 용접성을 저해하고, 저온 충격치를 저하시킬 수 있다.

질소(N)

질소(N)는 AlN 등의 질화물계 석출물을 형성하여 결정립 미세화에 기여하고, 고온 강도를 확보하는 데 기여할 수 있다. 상기 질소는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 도금 강판의 전체 중량의 0 초과 0.006중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 상기 질소의 함량이 0.006중량%를 초과하면 충격특성과 연신율을 낮추고, 용접부 인성이 저하될 수 있다.

상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 최종 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있으며, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 ~20 ~ 30%이며, 상기 페라이트의 분율은 70 ~ 80%일 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 강판은 항복강도가 850MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상이며, 연신율은 20% 이상일 수 있다.

이하에서는 상술한 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조 방법을 설명한다.

강판의 제조 방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 강판의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1150 내지 1250℃로 재가열하는 단계(S100); (b) 상기 강재를 압연종료온도 880 ~ 930℃가 되도록 열간 압연하는 단계(S200); (c) 상기 열간 압연된 강재를 550 ~ 750℃에서 권취하는 단계(S300); (d) 상기 강재를 550 ~ 850℃에서 연화열처리하는 단계(S400); (e) 상기 연화열처리된 강재를 40 ~ 60%의 압하율로 냉간 압연하는 단계(S500); 및 (f) 상기 냉간 압연된 강재를 550 ~ 850℃에서 소둔처리하는 단계(S600);를 함한다.

먼저, 재가열 단계(S100)에서는, 상술한 소정의 조성의 강판을 재가열한다. 상기 강판은 제강 공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 제조될 수 있다. 재가열 온도 1150 ~ 1250℃, 압연마무리온도 880 ~ 930℃로 진행하여 냉각속도는 10 ~ 30℃/s 로 권취 온도는 550 ~ 750℃로 지정한다.

상기 강판은 탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 강재는 Ac3 이상의 온도인 1150 내지 1250℃의 온도에서 재가열될 수 있다. 상기 강판은 상술한 온도에서 재가열될 때, 연속주조 공정 시에 편석된 성분이 재고용될 수 있다. 재가열온도가 1150℃보다 낮을 경우, 열간 압연 부하가 커질 수 있으며 각종 탄화물의 고용이 충분하지 않을 수 있으며, 연속주조공정시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제가 있을 수 있다. 재가열온도가 1250℃를 초과할 경우, 초기 오스테나이트 결정립의 조대화로 인해 최종 생산 강판의 강도 확보가 어려울 수 있다. 또한, 1250℃를 초과할 경우 가열 비용이 증가하고 공정 시간이 추가되어, 제조 비용 상승 및 생산성 저하를 가져올 수 있다.

열간 압연 단계(S200)에서, 재가열된 상기 강재를 열간 압연한다. 상기 열간 압연은 압연종료온도가 880 ~ 930℃가 되도록 제어될 수 있다. 상기 압연종료온도가 880℃ 미만이면, 미재결정 영역에서의 압연이 진행됨으로써, 압연 부가가 커질 수 있으며, 압연 결과물인 강판의 항복비가 높아질 수 있다. 또한, 상기 압연종료온도가 930℃를 초과하면, 목표하는 강도 및 인성 확보가 어려울 수 있다.

상기 열간 압연된 강재를 권취하는 단계(S300)는 550 ~ 750℃에서 수행될 수 있다. 권취온도가 550℃미만에서는 제 2 상 탄화물들이 생성되어 이후 냉간압연 및 연속소둔공정 단계에서 집합조직을 열화하게 되며, 750℃를 초과하게 되면 Si 혹은 Mn과 같은 원소들의 표면농화가 촉진되어 표면품질을 저하 시킬 수 있으므로 상기 권취온도는 640 ~ 680℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다.

상기 강재를 연화열처리하는 단계(S400)는 550 ~ 850℃에서 수행될 수 있다. 연화 열처리의 경우 냉간압연 시 냉연 부하를 최소화 시키기 위해 수행하며, 조직은 페라이트와 오스테나이트로 형성되어 있다. 열처리 온도가 550℃ 미만일 경우 페라이트와 오스테나이트가 형성되지 않은 Ae1 이하의 온도이다. 그러므로 550℃ 미만에서 연화열처리를 할 경우 열간압연 미세조직인 마르텐사이트가 템퍼링만 되기 때문에 연화의 효과가 없다. 850℃ 이상의 온도일 경우에서는 페라이트가 형성되지 않고 오스테나이트만 형성되는 Ae3 이상의 온도이다. 그러므로 850℃ 이상의 온도에서 열처리 했을 때 생긴 오스테나이트는 냉각 시 다시 마르텐사이트가 되어 동일하게 연화의 효과가 없다. 그러므로 연화열처리 온도 설정은 Ae1 ~ Ae3 사이의 온도에서 연화열처리를 하여 페라이트와 오스테나이트를 만들어 TS를 최대한 낮추는 온도를 설정하게 된다. 연화열처리시 가장 중요한 점은 상온에서 안정한 오스테나이트를 잔존시키는 것이다. 상온에서도 오스테나이트가 잔존하기 위해서는 이상역 열처리 시 오스테나이트의 안정도가 가장 중요하다. 오스테나이트의 안정도는 화학적 안정도와 기계적 안정도 두 가지로 나뉠 수 있다. 화학적 안정도는 오스테나이트에 오스테나이트 안정화 원소인 망간과 탄소가 얼마나 농화되어 있느냐에 따라 안정도가 결정된다. 기계적 안정도는 결정립 크기에 따라서 결정된다. 결정립 크기가 크게 되면 그만큼 기계적 안정도는 떨어지게 되고 작을 경우 기계적 안정도는 증가 하게 된다. 그러므로 화학적 안정도와 기계적 안정도가 절충되는 온도를 찾는 것이 중요하다. 이것을 계산하여 얻은 페라이트 오스테나이트 분율 결과를 후술할 표 1에 기재하였다. 또한, 후술할 표 2에서 기재된 바와 같이 온도가 증가할 수록 TS가 증가하고 T.El이 감소하는 이유는 이상역 열처리 온도가 높을 수록 낮은 온도일 때 보다 오스테나이트의 결정립 크기가 커지게 되고, 그만큼 기계적 안정도가 떨어진 불안정한 오스테나이트가 되고 냉각 시 마르텐사이트가 상변태되어 TS가 증가하며 T.El이 감소하게 된다. 그러므로 연화열처리시 이상역에서 오스테나이트의 높은 안정도를 가지는 온도를 설정하는 것이 중요하다.

상기 강재를 냉간 압연하는 단계(S500)는 40 ~ 60%의 압하율로 수행될 수 있다. 냉간 압연의 경우, 열간 압연재를 사용하여 최종 생산 강판의 두께를 맞추기 위해 수행하며, 압연 전 산세를 진행한다. 냉연 최종 조직의 추후 진행되는 연속 어닐링 공정에서 최종 생산 강판의 미세조직이 결정되므로 열간 압연재 조직이 연신된 형상의 조직을 형성한다. 상기 냉간 압하율이 40% 미만이면 재결정에 필요한 축적에너지를 확보하기 여려우며, 60%를 초과하면 냉간 압연에 의한 가공이 어렵고 압연 시 강판의 가장자리에서 균열이 발생 할 수 있으므로, 냉간압하율은 40 ~ 60%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 냉간 압연된 강재를 소둔처리하는 단계(S600)는 550 ~ 850℃에서 수행될 수 있다. 최종 냉연 소둔 시 연화열처리와 동일한 원리로 Ae1 미만의 온도에서는 템퍼링만 되고 오스테나이트는 형성되지 않는다. Ae3 이상의 온도에서는 최종 조직이 마르텐사이트가 되기 때문에 열처리 효과가 없다. 그러므로 이상역 온도에서 열처리하여 상온에서 안정한 잔류오스테나이트를 많은 분율 잔존시켜 TS와 T.El을 만족시키는 온도 설정하는 것이 중요하다. 재결정 소둔 단계는 재결정과 동시에 페라이트 및 오스테나이트 분율 형성과 탄소분배를 촉진 시키기 위한 것으로 재결정온도가 550℃ 미만이면 오스테나이트 형성량이 적어지며 850℃를 초과하면 오스테나이트만 형성되는 온도로 냉각시 마르텐사이트가 과다하게 형성되어 연성이 저하되므로 재결정온도는 550 ~ 850℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상술한 단계(S100) 내지 단계(S600)를 수행하여 구현한 본 발명의 일 실시예에 의한 강판의 항복강도가 850MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상이며, 연신율은 20% 이상일 수 있다. 상기 단계(S300) 후의 상기 강재의 미세조직은 마르텐사이트를 포함한다. 상기 단계(S600) 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하며, 상기 강재의 미세조직에서 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 ~20 ~ 30%이며, 상기 페라이트의 분율은 70 ~ 80%일 수 있다.

실험예

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 실험예에서, 6.5Mn-0.08C-0.12Si-0.4Al 성분을 가지는 잉곳을 제조하여 실험을 진행하였고, 재가열온도(SRT) 1250℃, 마무리압연온도(FDT) 900℃, 권취온도(CT) 750℃ 조건으로 2.4t 두께까지 열간압연을 진행하였다.

표 1은 본 실험예에서 적절한 연화열처리 온도를 찾기 위해 모델링 결과를 통해 얻은 페라이트, 오스테나이트 분율을 표로 정리한 것이다. 표 2는 상기 모델링 결과를 토대로 620 ~ 660℃까지 열간압연재 연화열처리 후 재질 결과를 표로 정리한 것이다.

연화열처리 전 열간압연재 인장강도 1210MPa, 연신율 10.7%의 물성을 가지는 열간압연재를 연화열처리 후 인장강도를 35% 이상 감소시키고, 연신율을 3배 이상 증가시켰다. 이러한 물성으로 냉간압연 시 냉간압연기에 가해지는 부하를 큰 폭으로 낮춰 냉간압연이 가능할 뿐만 아니라, 부품 성형 시 필요한 코일 치수를 무리 없이 맞출 수 있다.

표 3은 연화열처리 유무에 따른 냉간압연 모사 시험 시 압하율 별 압연 부하 결과를 표로 정리한 것이다. 연화열처리를 한 후 냉간압연 모사 시험을 했을 시 동일한 압하율임에도 불구하고 총 압연 부하를 약 39% 감소시켜 공정부하를 줄일 수 있음을 확인하였다.

이렇게 연화열처리 후 강도가 낮아지고 연신율이 증가하는 결과를 미세조직 관점에서 설명할 수 있다. 일반적인 자동차용 강판에서는 열간압연된 코일을 공기 중 냉각을 시키게 되면 연질상인 페라이트가 포함된 미세조직이 생기게 된다. 하지만 본 발명에서 제작한 중망간계 강은 열간압연이후 열연코일을 공기 중에 냉각을 했을 때 높은 강도를 가지는 저온상이 생기게 되는 특징을 가진다.

여기서 도 2는 열간압연재의 미세조직을 보여주는데 저온상인 동시에 경질상인 마르텐사이트 조직을 가지는 것을 볼 수 있다. 도 3은 620℃ 연화열처리 후의 미세조직이다. 620℃ 연화열처리 후 연질상인 페라이트와 오스테나이트의 미세조직을 가짐으로써 페라이트로 인한 낮은 강도와 잔류 오스테나이트로 인해 높은 연신율을 확보하여 냉간압연 시 냉간압연기 롤에 걸리는 부하를 낮출 수 있어 부품 성형 시 필요한 코일 치수를 무리 없이 맞출 수 있다.

표 4는 연화열처리 유무에 따라 냉간압연 및 최종 열처리 후 재질을 정리한 것이다. 연화열처리를 하지 않았을 경우 인장강도(TS) 1000MPa, 연신율(T.El) 20% 이상의 목표 재질이 660℃에서만 만족하지만, 연화열처리를 했을 경우 650 ~ 670℃ 온도 범위에서 목표 재질을 만족한다. 이러한 결과로 실제 양산 시 최종 열처리 온도 범위는 연화열처리를 하지 않았을 경우 ㅁ5℃에서, 연화열처리를 했을 경우 ㅁ10℃까지 증가시켜 실제 양산 시 공정 관리 범위를 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

도 4는 연화열처리 없이 냉간압연 및 최종 열처리 후 미세조직을 보여주고, 도 5는 연화열처리 후 냉간압연 및 열처리 후 미세조직을 보여준다. 미세조직은 동일 페라이트와 잔류오스테나이트로 동일하다. 하지만 연화열처리를 했을 때 최종 열처리 온도 범위가 증가하는 이유는 열간압연재의 장시간 연화열처리로 인해 망간(Mn), 탄소(C)가 오스테나이트로 충분히 농화되었고 이로 인해 잔류 오스테나이트가 충분히 안정화 되었기 때문이다. 안정화된 잔류 오스테나이트는 냉간압연 후 최종 열처리를 했을 때에도 존재하여 연화열처리를 하지 않았을 때보다 더 안정한 잔류 오스테나이트를 가지게 된다. 안정한 잔류 오스테나이트를 가지고 있는 재료에서 외부 응력에 대해 더 많은 변형이 가능하게 되어 더 높은 연신율을 얻을 수 있다. 그러므로 연화열처리를 했을 때 더 넓은 범위의 온도에서 목표 재질확보가 가능하다.

본 발명을 통해 냉간압연 전 열간압연재의 연화열처리 공정 조건을 추가 함으로써 냉간압연 시 부하를 약 39% 줄일 수 있으며, 최종 열처리 시 온도 범위를 증가되어 양산시 열처리 공정 범위를 증가시켜 양산공정을 최적화 할 수 있다.

지금까지 본 발명의 실험예에 따른 강판 및 그 제조방법을 설명하였으며, 본 발명의 효과는 다음과 같다.

첫번째로, 양산시 냉간압연 부하를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 열간압연재의 연화열처리를 통해 열간압연재 강도를 감소시켜, 기존 열연재 보다 인장강도를 35% 이상 감소시키고, 연신율을 3배 이상 증가시켰다. 이로 인해 냉간압연을 시 총 roll force를 약 39% 감소시켜 공정부하를 줄일 수 있다.

두번째로, 최종 열처리 온도 범위 증가로 인한 양산성을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 연화열처리 시 이상역에서 충분한 시간동안 열처리를 함으로써 망간과 탄소의 partitioning이 충분히 이루어졌고, 이러한 효과가 냉연 후 최종열처리에 영향을 미쳐 더 넓은 온도 범위에서 안정적인 재질확보가 가능하다. 그 결과 연화열처리를 함으로써 최종 열처리 온도 범위 증가로 인해 양산성이 용이하게 된다.

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

탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강판이며,
상기 강판의 최종 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는,
강판.
제 1 항에 있어서,
상기 잔류 오스테나이트의 분율은 ~20 ~ 30%이며, 상기 페라이트의 분율은 70 ~ 80%인 것을 특징으로 하는,
강판.
제 1 항에 있어서,
상기 강판은 항복강도가 850MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상이며, 연신율은 20% 이상인 것을 특징으로 하는,
강판.
(a) 탄소(C): 0.05 ~ 0.4중량%, 실리콘(Si): 0.03 ~ 2.0중량%, 망간(Mn): 3.0 ~ 9.0중량%, 알루미늄(Al): 0.03 ~ 1.0중량%, 인(P): 0 초과 0.02중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1150 내지 1250℃로 재가열하는 단계;
(b) 상기 강재를 압연종료온도 880 ~ 930℃가 되도록 열간 압연하는 단계;
(c) 상기 열간 압연된 강재를 550 ~ 750℃에서 권취하는 단계;
(d) 상기 강재를 550 ~ 850℃에서 연화열처리하는 단계;
(e) 상기 연화열처리된 강재를 40 ~ 60%의 압하율로 냉간 압연하는 단계; 및
(f) 상기 냉간 압연된 강재를 550 ~ 850℃에서 소둔처리하는 단계; 를 포함하는,
강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (c) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 마르텐사이트를 포함하고,
상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는,
강판의 제조방법.
제 5 항에 있어서,
상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 미세조직에서 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 ~20 ~ 30%이며, 상기 페라이트의 분율은 70 ~ 80%인 것을 특징으로 하는, ,
강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 강판은 항복강도가 850MPa 이상이고, 인장강도가 1000MPa 이상이며, 연신율은 20% 이상인 것을 특징으로 하는,
강판의 제조방법.