KR20200024399A - 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20200024399A KR1020180101007A KR20180101007A KR20200024399A KR 20200024399 A KR20200024399 A KR 20200024399A KR 1020180101007 A KR1020180101007 A KR 1020180101007A KR 20180101007 A KR20180101007 A KR 20180101007A KR 20200024399 A KR20200024399 A KR 20200024399A
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허성열
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강판이며, 상기 강판의 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상이다.

Description

강판 및 그 제조방법{STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형성이 우수한 자동차용 외판재에 적용될 수 있는 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 외판재로 널리 사용되고 있는 소부경화강은 고용탄소를 잔류시켜 도장처리(170℃, 20min)과정에서 Cottrell 분위기를 형성한다. 이 과정에서 최종제품의 항복강도(30㎫이상)가 상승되어 내덴트성이 향상되는 장점을 가지고 있다. 그러나, 강 중 고용탄소는 도장처리 조건 외 상온상태에서도 활성도를 가지며, 일정시간(6개월이상)이 지남에 따라 시효현상 및 항복점 연신을 발생시키는 원인이 된다. 이러한 시효현상 극복 및 고강도 방안으로 복합조직강(Dual Phase Steel)을 자동차 외판재로 적용 중에 있으나, 소부경화강 대비 탄소함유량이 높아 연신율 및 소성변형비(Plastic strain ratio , r값)가 저하된다. 이러한 문제로 복합조직강은 자동차 외판재 중 성형 난이도가 비교적 낮은 일부 부품에 한하여 적용 중에 있다.
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 성형성이 우수한 자동차용 외판재에 적용될 수 있는 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강판이며, 상기 강판의 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상이다.
상기 강판의 최종 미세조직은 페라이트 및 마르텐사이트를 포함할 수 있다.
상기 강판에서, 상기 마르텐사이트의 분율은 3 ~ 7%이며, 상기 페라이트의 분율은 상기 마르텐사이트의 분율을 제외한 나머지일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법은 (a) 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1140 내지 1170℃로 재가열하는 단계; (b) 상기 강재를 압연종료온도 880 ~ 920℃가 되도록 열간 압연하는 단계; (c) 상기 열간 압연된 강재를 640 ~ 680℃에서 권취하는 단계; (d) 상기 강재를 60 ~ 80%의 압하율로 냉간 압연하는 단계; (e) 상기 냉간 압연된 강재를 800 ~ 840℃에서 소둔처리하는 단계; 및 (f) 상기 소둔처리된 강재를 0.3 ~ 1.0%의 압하율로 조질 압연하는 단계; 를 포함한다.
상기 강판의 제조방법에서, 상기 (e) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 오스테나이트를 포함하고, 상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 마르텐사이트를 포함할 수 있다.
상기 강판의 제조방법에서, 상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 상기 마르텐사이트의 분율은 3 ~ 7%이며, 상기 페라이트의 분율은 상기 마르텐사이트의 분율을 제외한 나머지일 수 있다.
상기 강판의 제조방법에서, 상기 강판의 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 성형성이 우수한 자동차용 외판재에 적용될 수 있는 강판 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 마르텐사이트 분율에 따른 항복적 현상 발생을 도해하는 도면이다.
도 3은 소부경화강과 본 발명의 일 실시예에 의한 강판의 가속시효를 평가한 결과를 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 강판에서 이상역 소둔 온도에 따른 오스테나이트 분율을 도해하는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 실험예에 따른 강판에서 오스테나이트 내 함유된 탄소 및 망간의 농화 곡선을 도해하는 그래프이다.
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.
본 발명의 일 실시예는 소부경화 및 내시효특성이 우수하여 자동차 외판재로 사용되는 복합조직강 중에 연신율 및 소성변형비를 향상시켜 성형성을 확보하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서 성형성 확보는 열연공정과 냉연공정 그리고 소둔공정에서 이루어지며, 보다 자세히는 열연공정에서 제 2 상 탄화물(펄라이트 및 시멘타이트)을 제어하고 소둔공정에서 재결정과 동시에 페라이트 및 오스테나이트 분율 형성 및 탄소분배를 촉진하여 미세조직을 제어하는 방법을 포함한다.
복합조직강의 성형성을 확보하기 위해서는 첫째로는 마르텐사이트의 조직제어가 필요하다. 마르텐사이트 분율이 상승하게 되면 고강도화가 가능한 반면 연신율 확보가 어렵고, 마르텐사이트 분율이 감소하게되면 소재내 전위밀도가 줄어들어 항복점 현상 혹은 시효현상이 발생할 수 있기 때문에 적절한 마르텐사이트 분율의 조직제어가 필요하다. 두번째는 페라이트 조직 조대화 및 청정도 향상이다. 합금성분 중 페라이트내 탄소를 오스테나이트로 분배하여 페라이트 청정도를 향상 시킬 수 있는 원소를 첨가하거나, 소둔온도를 고온에서 실시하여 충분한 열에너지가 공급되면 페라이트 조직이 조대화 되어 연신율이 상향된다. 또한 고온에서 소둔을 실시하면 소성변형비를 향시킬 수 있는 집합조직의 성장을 촉진시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 전위밀도 증가를 위해 최소한의 이상조직의 강을 만들어 성형성과 내시효성을 확보하고자 한다. 본 발명은 이상조직을 확보하기 위한 성분과 공정조건을 포함한다.
본 발명은 상술한 내용을 기초로 하여 이루어진 것으로, 이하의 강판 그리고 그 제조 방법을 제공한다.
강판
본 발명의 일 실시예에 따르는 강판은 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 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 강판의 강도를 향상시키고, 마르텐사이트를 확보하는데 매우 중요한 원소이다. 또한, 용접성에 가장 큰 영향을 미치는 원소이다. 탄소(C)는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0.01 ~ 0.03중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 탄소의 함량이 전체 중량의 0.01중량% 미만일 경우에는 마르텐사이 트 조직 확보가 어려워 저항복 및 내시효특성을 유지하기 어렵다. 반대로, 탄소의 함량이 전체 중량의 0.03중량%를 초과할 경우에는 모재의 충격 인성을 저하시킬 수 있으며, 성형성 및 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있을 수 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 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 초과 0.11중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 실리콘의 함량이 전체 중량의 0.11중량%를 초과하여 다량 첨가시 강의 용접성을 저하시키며, 재가열 및 열간압연 시에 붉은 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로 저온상의 분율을 증가시키고 고용 강화 효과로 강의 강도를 증가시키는 원소로 사용된다. 즉, 망간은 고용 강화에 효과적이며, 강의 경화능을 증가시킬 수 있다. 또한, 망간은 오스테나이트 조직을 안정화 하여 마르텐사이트를 형성하는 원소이다. 망간은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 1.3 ~ 1.6중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 망간의 함량이 1.3중량% 보다 작을 경우, 마르텐사이트 확보가 어려워 목표로 하는 강도 및 물성을 확보하는 것이 어렵다. 또한, 망간의 함량이 1.6중량%를 초과할 경우, 연신율이 저하되며, 용접성이 저하되고, MnS 개재물 및 중심 편석(center segregation)이 발생하여 강판의 연성이 저하되고 내부식성이 저하될 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 0.03중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 인의 함량이 0.03중량%를 초과하는 경우에는 슬라브 중심 편석에 의한 내부식성 저하 문제가 있으며 석출거동에 의해 저온 충격치가 저하되는 문제가 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 0.2 ~ 0.4중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.2중량% 미만이면 상술한 알루미늄 첨가 효과가 미흡하고, 0.4중량%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.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 소입성을 향상시켜 항복강도 하향효과를 형성하는 원소이다. 또한, 크롬은 페라이트 및 펄라이트의 고온 상변태 억제 효과가 높은 원소이다. 또한, 크롬은 페라이트 안정화 원소로 C-Mn강에 첨가시 용질 방해 효과로 탄소의 확산을 지연하여 입도 미세화에 영향을 미친다. 상기 크롬은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0.4 ~ 0.6중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 크롬의 함량이 전체 중량의 0.4중량% 미만일 경우에는 상술한 크롬 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬의 함량이 전체 중량의 0.6중량%를 초과하여 다량 첨가시 인성 및 경화성의 관점에서 강의 특성이 저하되는 문제를 줄 수 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 0.01중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 황의 함량이 0.01중량%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 0.01중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 상기 질소의 함량이 0.01중량%를 초과하면 충격특성과 연신율을 낮추고, 용접부 인성이 저하될 수 있다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 강판의 최종 미세조직은 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하며, 상기 마르텐사이트의 분율은 3 ~ 7%이며, 상기 페라이트의 분율은 상기 마르텐사이트의 분율을 제외한 나머지일 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. 본 발명의 일 실시예에 의한 강판의 제조방법은 연신율 및 소성변형비(r값)를 향상시키는데 특징이 있는 것으로 제조공정은 열간압연 공정과 냉간압연 그리고 연속소둔공정으로 구성된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 강판의 제조 방법은 ((a) 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1140 내지 1170℃로 재가열하는 단계(S100); (b) 상기 강재를 압연종료온도 880 ~ 920℃가 되도록 열간 압연하는 단계(S200); (c) 상기 열간 압연된 강재를 640 ~ 680℃에서 권취하는 단계(S300); (d) 상기 강재를 60 ~ 80%의 압하율로 냉간 압연하는 단계(S400); (e) 상기 냉간 압연된 강재를 800 ~ 840℃에서 소둔처리하는 단계(S500); 및 (f) 상기 소둔처리된 강재를 0.3 ~ 1.0%의 압하율로 조질 압연하는 단계(S600);를 포함한다.
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.
상기 강판은 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 강재는 1140 내지 1170℃의 온도에서 재가열될 수 있다. 상기 강판은 상술한 온도에서 재가열될 때, 연속주조 공정 시에 편석된 성분이 재고용될 수 있다. 재가열온도가 1140℃보다 낮을 경우, 각종 탄화물의 고용이 충분하지 않을 수 있으며, 연속주조공정시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제가 있을 수 있다. 재가열온도가 1170℃를 초과할 경우, 매우 조대한 오스테나이트 결정립이 형성되어 강도 확보가 어려울 수 있다. 또한, 1170℃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 Ar3 이상의 온도인 880 ~ 920℃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 920℃를 초과하면, 목표하는 강도 및 인성 확보가 어려울 수 있다.
상기 열간 압연된 강재를 권취하는 단계(S300)는 640 ~ 680℃에서 수행될 수 있다. 권취온도가 640℃미만에서는 제 2 상 탄화물들이 생성되어 이후 냉간압연 및 연속소둔공정 단계에서 집합조직을 열화하게 되며, 680℃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 냉간 압연하는 단계(S400)는 60 ~ 80%의 압하율로 수행될 수 있다. 상기 냉간 압하율이 60% 미만이면 재결정에 필요한 축적에너지를 확보하기 여려우며, 80%를 초과하면 냉간 압연에 의한 가공이 어렵고 압연 시 강판의 가장자리에서 균열이 발생 할 수 있으므로, 냉간압하율은 60 ~ 80%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 냉간 압연된 강재를 소둔처리하는 단계(S500)는 800 ~ 840℃에서 수행될 수 있다. 재결정 소둔 단계는 재결정과 동시에 페라이트 및 오스테나이트 분율 형성과 탄소분배를 촉진 시키기 위한 것으로 재결정온도가 800℃ 미만이면 오스테나이트 형성량이 적어지며 840℃를 초과하면 오스테나이트 양이 과다하게 형성되어 연성이 저하되므로 재결정온도는 800 ~ 840℃로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 소둔처리된 강재를 조질 압연하는 단계(S600)는 0.3 ~ 1.0%의 압하율로 수행될 수 있다. 소둔 이후 조질 압연(SPM; Skin Pass Mill) 압하는 0.3% 이상 실시하여 추가적인 전위 밀도를 증가 시키되, 1.0% 초과 압하 시 항복강도가 증가하여 저항복비에 의한 형상 동결성 열화가 발생하지 않도록 한다.
소둔처리하는 단계(S500) 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 오스테나이트를 포함할 수 있다. 조질 압연하는 단계(S600) 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 마르텐사이트를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 마르텐사이트의 분율은 3 ~ 7%이며, 상기 페라이트의 분율은 상기 마르텐사이트의 분율을 제외한 나머지일 수 있다.
상술한 단계(S100) 내지 단계(S500)를 수행하여 구현한 본 발명의 일 실시예에 의한 강판의 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상일 수 있다.
도 2는 마르텐사이트 분율에 따른 항복적 현상 발생을 도해하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 마르텐사이트의 분율에 따른 항복점 현상 발생 거동을 보여 준다. 항복점 현상의 발생은 소재내 전위밀도가 충분하지 않아 고용원소가 전위로 고착되어 항복강도가 상승되는 것을 의미한다. 마르텐사이트의 분율이 4.5%이상이면 조질압연 없이도 소재 내 충분한 전위밀도가 확보되어 항복점 현상이 발생하지 않는 연속항복 거동 즉, 저항복 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 소부경화강과 본 발명의 일 실시예에 의한 강판의 가속시효를 평가한 결과를 도해하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 기존의 소부경화강과 본 발명강의 가속시효 평가 결과를 나타내었다. 소부경화강은 소재 내 고용원소가 전위로 고착되어 일정시간이 지나면 항복점 현상이 발생한다. 그러나, 본 발명강은 소부경화강과 유사한 성형성을 확보하면서도 마르텐사이트 주변의 유동전위로 인해서 장시간(12개월이상)이 지나더라도 항복점 현상이 발생하지 않는 것을 확인할 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.
표 1은 본 실험예에서 조성 성분계의 구체적인 합금 원소 조성(단위: 중량비%)을 나타낸 것이고, 표 2는 표 1에 기재한 조성 성분계와 공정 조건으로 구현한 실시예1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 13의 시편에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다. 구체적으로는, 표 1과 같이 조성되는 강을 1160℃에서 재가열 후 900℃에서 마무리 열간압연하여 3.0㎜의 두께의 강판으로 제조하였다. 이후 냉각한 다음 580℃, 660℃ 또는 720℃에서 권취하고, 산세한 다음 0.8㎜두께로 냉간압연하였다. 상기 냉간압연된 강판은 780℃ 또는 820℃의 온도에서 소둔 열처리를 실시하였고, 0.5% 또는 1.2%로 조질압연을 실시하고 압연방향의 수직방향으로 채취된 시험편의 인장시험을 실시하여 아래와 같은 재질 실적을 얻었다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1을 참조하면, 조성 성분계 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성인 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)로 이루어지는 조성을 만족하는 성분계이다.
한편, 표 1의 조성 성분계 1, 2, 3은, 각각, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성과 달리, 탄소(C)의 중량%가 0.01 ~ 0.03중량% 범위를 벗어나며, 망간(Mn)의 중량%가 1.3 ~ 1.6중량% 범위를 벗어나며, 알루미늄(Al)의 중량%가 0.2 ~ 0.4중량% 범위를 벗어난다.
표 2를 참조하면, 실시예1 및 실시예2의 조성은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성인 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)로 이루어지는 조성을 만족한다. 또한, 실시예1 및 실시예2의 공정 조건은 상술한 단계(S100) 내지 단계(S600)를 수행하는 조건으로서, 구체적으로, 강재를 1140 ~ 1170℃로 재가열하는 단계(S100); 상기 강재를 압연종료온도 880 ~ 920℃가 되도록 열간 압연하는 단계(S200); 상기 열간 압연된 강재를 640 ~ 680℃에서 권취하는 단계(S300); 상기 강재를 60 ~ 80%의 압하율로 냉간 압연하는 단계(S400); 상기 냉간 압연된 강재를 800 ~ 840℃에서 소둔처리하는 단계(S500); 및 상기 소둔처리된 강재를 0.3 ~ 1.0%의 압하율로 조질 압연하는 단계(S600)를 수행하는 조건 범위를 만족한다. 실시예1 및 실시예2에 의한 강판은 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상임을 확인할 수 있다.
비교예1 내지 비교예2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성과 달리, 탄소(C)의 중량%가 0.01 ~ 0.03중량% 범위를 벗어난 조성을 가지며, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법과 달리, 800 ~ 840℃의 범위를 벗어난 온도에서 소둔 열처리를 수행한 결과, 36% 이상의 연신율, 0.2 이상의 가공경화지수 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
비교예3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성과 달리, 탄소(C)의 중량%가 0.01 ~ 0.03중량% 범위를 벗어난 조성을 가지는 결과, 36% 이상의 연신율, 0.2 이상의 가공경화지수 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
비교예4 내지 비교예5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성과 달리, 망간(Mn)의 중량%가 1.3 ~ 1.6중량% 범위를 벗어난 조성을 가지며, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법과 달리, 800 ~ 840℃의 범위를 벗어난 온도에서 소둔 열처리를 수행한 결과, 36% 이상의 연신율 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
비교예6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성과 달리, 망간(Mn)의 중량%가 1.3 ~ 1.6중량% 범위를 벗어난 조성을 가지는 결과, 36% 이상의 연신율 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
비교예7 내지 비교예8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성과 달리, 알루미늄(Al)의 중량%가 0.2 ~ 0.4중량% 범위를 벗어난 조성을 가지며, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법과 달리, 800 ~ 840℃의 범위를 벗어난 온도에서 소둔 열처리를 수행한 결과, 36% 이상의 연신율 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
비교예9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 조성과 달리, 알루미늄(Al)의 중량%가 0.2 ~ 0.4중량% 범위를 벗어난 조성을 가지는 결과, 36% 이상의 연신율 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
비교예10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법과 달리, 640 ~ 680℃의 범위를 벗어난 온도에서 권취를 수행한 결과, 36% 이상의 연신율을 확보하지 못한다.
비교예11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법과 달리, 640 ~ 680℃의 범위를 벗어난 온도에서 권취를 수행한 결과, 390MPa 이상의 인장강도를 확보하지 못한다.
비교예12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법과 달리, 800 ~ 840℃의 범위를 벗어난 온도에서 소둔 열처리를 수행한 결과, 36% 이상의 연신율 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
비교예13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법과 달리, 800 ~ 840℃의 범위를 벗어난 온도에서 소둔 열처리를 수행한 결과, 0.3 ~ 1.0%의 범위를 벗어난 압하율로 조질 압연(SPM; Skin Pass Mill)을 수행한 결과, 0.2 이상의 가공경화지수 및 1.5이상의 r값을 확보하지 못한다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 강판에서 이상역 소둔 온도에 따른 오스테나이트 분율을 도해하는 그래프이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 실험예에 따른 강판에서 오스테나이트 내 함유된 탄소 및 망간의 농화 곡선을 도해하는 그래프이다. 그래프에 나타난 비교재1 및 비교재2는 표 2의 비교예7에 해당하는 비교재이며, 그래프에 나타난 발명재는 표 2의 실시예1에 해당하는 발명재이다.
도 4를 참조하면, Thermocalc 열역학 계산 프로그램을 활용하여 각 온도별 평형상태에서 이상역 오스테나이트 분율을 계산한 그래프이다. 알루미늄 첨가강(실시예1)은 소둔 온도가 780℃에서 840℃ 증가함에 따라 이상역 오스테나이트 부피분율 변화가 (△V : 11%) 작은데 반하여 미 첨가강(비교예7)은 오스테나이트 부피분율 변화가(△V : 71%) 크게 증가하는 것을 관찰할 수 있으며 이러한 부피 분율의 증가는 이상역 탄소, 망간 농화에 영향을 주게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 알루미늄을 첨가할 때 780~840℃ 온도구간에서 오스테나이트 내부에 함유된 평형상태의 탄소, 망간 농화도를 나타낸다. 알루미늄 첨가강(실시예1)은 미첨가강(비교예7)에 비하여 상대적으로 고온역에서 안정적인 탄소 , 망간 농화를 확보가 용이하며 고온역에서의 복합조직(Dual Phase)을 안정적으로 형성하게 된다. 이것은 도 4에서의 초기 오스테나이트 분율은 상대적으로 작지만 오스테나이트 농화도가 증가하여 냉각시 변태되는 페라이트 형성량이 작아져 최종 존재하는 마르텐사이트의 강도 및 분율 확보에 용이하게 한다. 또한 고온역 열처리가 가능함으로써 초기 존재하는 페라이트의 성장을 유도하고 페라이트 입계에 오스테나이트를 분포시킴으로써 목표로 하는 저항복강도형 고연신 특징을 지니는 복합조직 구현이 가능하게 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 (7)

  1. 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강판이며,
    상기 강판의 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상인 것을 특징으로 하는,
    강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판의 최종 미세조직은 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    강판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마르텐사이트의 분율은 3 ~ 7%이며, 상기 페라이트의 분율은 상기 마르텐사이트의 분율을 제외한 나머지인 것을 특징으로 하는,
    강판.
  4. (a) 탄소(C): 0.01 ~ 0.03중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.11중량% 이하, 망간(Mn): 1.3 ~ 1.6중량%, 인(P): 0 초과 0.03중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.2 ~ 0.4중량%, 크롬(Cr): 0.4 ~ 0.6중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 질소(N): 0 초과 0.01중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 1140 내지 1170℃로 재가열하는 단계;
    (b) 상기 강재를 압연종료온도 880 ~ 920℃가 되도록 열간 압연하는 단계;
    (c) 상기 열간 압연된 강재를 640 ~ 680℃에서 권취하는 단계;
    (d) 상기 강재를 60 ~ 80%의 압하율로 냉간 압연하는 단계;
    (e) 상기 냉간 압연된 강재를 800 ~ 840℃에서 소둔처리하는 단계; 및
    (f) 상기 소둔처리된 강재를 0.3 ~ 1.0%의 압하율로 조질 압연하는 단계; 를 포함하는,
    강판의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 오스테나이트를 포함하고,
    상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 미세조직은 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하는,
    강판의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (f) 단계 후의 상기 강재의 상기 마르텐사이트의 분율은 3 ~ 7%이며, 상기 페라이트의 분율은 상기 마르텐사이트의 분율을 제외한 나머지인 것을 특징으로 하는,
    강판의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 강판의 항복강도는 210 ~ 260MPa이고, 인장강도는 390MPa 이상이고, 연신율은 36% 이상이고, 가공경화지수는 0.2 이상이며, r값은 1.5이상인 것을 특징으로 하는,
    강판의 제조방법.



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