KR20200062926A

KR20200062926A - 수소취성 저항성이 우수한 초고강도 냉연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200062926A
Application number: KR1020180148923A
Authority: KR
Inventors: 정연승
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR102222614B1

Abstract

본 발명은 중량%로, 탄소(C): 0.11~0.20%, 실리콘(Si): 0.5~2.0%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.07%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은, 면적분율로, 페라이트 20% 이하(0% 제외), 마르텐사이트 및 베이나이트를 합계로 65~90%, 잔류 오스테나이트 5~15% 를 포함하며, 강판 내 확산성 수소 함량이 0.1ppm 이하인 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판을 제공한다.

Description

수소취성 저항성이 우수한 초고강도 냉연강판 및 그 제조 방법{COLD-ROLLED STEEL SHEET HAVING HIGH RESISTANCE FOR HYDROGEN EMBRITTLEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 연성이 우수하여 자동차 충돌 흡수 부재 및 프레스 성형에 적합하게 이용될 수 있고, 수소취성 저항성이 우수한 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 자동차 연비 개선 등을 위해 차체 경량화를 위한 다양한 시도들이 있다. 특히 차체 구조부재로 적용되는 강판의 경우 그 강도를 높이면서 두께를 낮추고자 하는 많은 노력들이 이루어지고 있다. 이를 위해 강판의 강도와 연성을 동시에 확보하기 위한 연구가 많이 이루어졌으며, 그 결과 저온조직인 마르텐사이트, 베이나이트와 더불어 잔류 오스테나이트 상을 활용하는 변태 조직강이 개발되어 적용되고 있다.

일반적으로 철강소재의 강도와 연성은 반비례 관계를 가지는데, 이를 극복하기 위하여 템퍼드 마르텐사이트를 활용하고 페라이트와 템퍼드 마르텐사이트의 경도비를 3 이하로 하거나, 소둔 후 별도의 상소둔 열처리를 통해 마르텐사이트를 템퍼링하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 강판의 조직으로 베이나이트나 마르텐사이트가 도입되면, 강재 내부에 잔존하거나 외부로부터 도입되는 수소에 의해 취성 파괴가 발생하기 쉬운데 이를 수소취성이라 일컫는다. 수소 취성은 파단이 발생하는 강도보다 낮은 강도에서 파괴가 나타나는데, 실제 소재의 파괴강도에 비해 아주 작은 인가 응력에서도 수소 취성에 의해 재료가 파괴될 수 있다. 특히 이러한 수소취성은 강의 강도가 증가할수록 민감해진다.

따라서 초고강도강에서는 이러한 수소취성을 방지하기 위해 소재에 잔존하는 초기 수소량을 제어할 필요가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강의 수소취성 저항성이 향상되도록 강판 내 확산성 수소량을 제어하여 고강도이면서도 수소지연파괴 저항성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 사항으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은 중량%로, 탄소(C): 0.11~0.20%, 실리콘(Si): 0.5~2.0%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.07%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은, 면적분율로, 페라이트 20% 이하(0% 제외), 마르텐사이트 및 베이나이트를 합계로 65~90%, 잔류 오스테나이트 5~15% 를 포함하며, 강판 내 확산성 수소 함량이 0.1ppm 이하인 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판이다.

상기 냉연강판은 중량%로, 크롬(Cr): 1.2% 이하, 보론(B): 0.0010~0.0030%, 몰리브덴(Mo): 0.03~0.07%, 티타늄(Ti): 0.01~0.03%, 니오븀(Nb): 0.03% 이하 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 냉연강판은 인장강도가 1170MPa 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, 탄소(C): 0.11~0.20%, 실리콘(Si): 0.5~2.0%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.07%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 강재를 0~25℃의 이슬점 온도에서, 750~900℃의 온도범위로 가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 550~700℃의 온도범위까지 2~10℃/s 의 냉각속도로 서냉하는 단계; 상기 냉각된 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도로 급랭하는 단계; 및 상기 급랭하는 단계 이후 상기 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 초과 베이나이트 변태개시온도(Bs) 이하의 온도범위에서 400~600초 동안 유지하는 단계; 를 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 제조방법이다.

상기 강재는 중량%로, 크롬(Cr): 1.2% 이하, 보론(B): 0.0010~0.0030%, 몰리브덴(Mo): 0.03~0.07%, 티타늄(Ti): 0.01~0.03%, 니오븀(Nb): 0.03% 이하 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 유지하는 단계에서, 유지온도는 350~450℃일 수 있다.

본 발명에 따르면, 적절한 합금 성분 설계, 미세조직 제어 및 강판 내 잔존 확산성 수소의 제어를 통해 인장강도 1170MPa 이상의 초고강도, 고연성을 가지면서도 수소취성 저항성이 우수한 강재를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 은 구멍 가공한 샘플을 0.1N HCl에 100시간 침지한 후 구멍 가공 단면에서의 크랙 유무를 관찰한 사진이다. (a) 는 발명예 1 의 샘플 사진이고, (b) 는 비교예 1 의 샘플 사진이다.

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판에 대해 상세히 설명한다. 한편 본 발명에서 각 원소를 함량을 나타낼 때 특별히 달리 정하지 아니하는 한, 중량%를 의미한다는 것에 유의할 필요가 있다.

또한 본 발명에서 냉연강판이라 함은 통상의 미도금 냉연강판은 물론 도금된 강판까지 모두 포함하는 개념이라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 개시의 냉연강판에 사용되는 도금은 아연계 도금, 알루미늄계 도금, 합금도금, 합금화 도금 등의 모든 종류의 도금일 수 있다.

또한 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

[수소취성 저항성이 우수한 냉연강판]

먼저 본 발명에 따른 냉연강판의 합금조성에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판은 중량%로, 탄소(C): 0.11~0.20%, 실리콘(Si): 0.5~2.0%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.07%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

탄소(C): 0.11~0.20%

탄소(C)는 강재의 강도 확보를 위해 첨가되는 원소로서, 강판에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소이다. 소재의 강도를 확보하기 위해 탄소의 함유량은 0.11% 이상으로 포함되어야 한다. 반면에 탄소의 함유량이 0.20% 초과하여 과잉 첨가되면 수소취성 저항성이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 본 발명에서 탄소는 0.11~0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.

실리콘(Si): 0.5~2.0%

실리콘(Si)은 고용 강화 원소로서 강재의 강도 및 연신율을 향상시킬 수 원소이다. 또한, 수소취성에 의한 균열의 기점이 되는 탄화물의 생성을 억제하는 작용을 한다. 실리콘의 함량이 0.5% 미만이면, 상기 강재의 미세조직에서 페라이트가 충분히 확보되지 않아 요구되는 연신율을 확보하기 어려울 수 있다. 반면, 실리콘의 함량이 2.0%를 초과하면, 강판의 표면에 스케일 결함을 유발할 수 있으며, 도금 강판의 경우 표면 특성을 저하시키고 화성처리성을 저하시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서 실리콘은 0.5~2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

망간(Mn): 2.0~3.0%

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소이다. 이러한 작용을 효과적으로 발휘하기 위해서 망간은 2.0~3.0%로 첨가될 수 있다. 상기 망간의 함량이 2.0% 미만이면 원하는 강도의 확보가 어려울 수 있으며, 상기 망간의 함량이 3.0%를 초과하면 강판의 용접성과 냉간압연 부하 증가 등의 문제가 발생할 수 있으며, 소둔 농화물 형성으로 덴트(dent)와 같은 표면결함을 유발할 수 있다. 따라서 본 발명에서 망간은 2.0~3.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al): 0.01~0.07%

알루미늄(Al)은 강 중 산소와 결합하여 탈산 작용을 할 수 있으며, 실리콘(Si)과 같이 페라이트 내의 탄소(C)를 오스테나이트로 분배하여 마르텐사이트 경화능을 향상시키는데 유효한 원소이다. 상기 알루미늄은 산 가용성 알루미늄(Sol. Al) 상태에서 그 함량이 0.01% 미만이면, 상술한 효과를 확보하기 어려울 수 있고, 0.07% 를 초과하면 슬라브 표면 품질 저하를 야기시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서 알루미늄은 0.01~0.07%로 제한하는 것이 바람직하다.

인(P): 0.02% 이하

인(P)은 강재에 통상적으로 혼입되는 불순물이며 입계에 편석됨으로써 입계취성을 촉진시키는 원소이기 때문에 함량이 0.02% 이하로 제한되어야 한다. 함유량이 0.02% 초과되면, 강판의 프레스 성형성이 열화될 수 있으며, 강의 취성이 발생할 수 있다. 따라서 인은 0.02% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

황(S): 0.005% 이하

황(S)은 강재에 통상적으로 혼입되는 불순물이며 부식환경에서 강재로의 수소 흡수를 촉진시키고, 수소취성에 의한 균열의 기점이 되는 MnS과 같은 황화물을 형성하기 때문에 그 함량을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서 황은 0.005% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 측면에 따른 냉연강판은 상기 합금조성 이외에 추가로, 크롬(Cr): 1.2% 이하, 보론(B): 0.0010~0.0030%, 몰리브덴(Mo): 0.03~0.07%, 티타늄(Ti): 0.01~0.03%, 니오븀(Nb): 0.03% 이하 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

크롬(Cr): 1.2% 이하

크롬(Cr)은 내산화성, 템퍼 연화성, 표면탈탄 방지 및 소입성을 확보하는데 유용한 원소로서, 상기 효과를 얻기 위해 필요에 따라 포함할 수 있다. 다만 크롬함량이 1.2% 초과인 경우에는 변형 저항성의 저하를 초래하고, 피팅(pitting) 부식성을 오히려 조장하는 역할을 할 수 있으며, 강판 내 수소 도입을 촉진 시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서 크롬(Cr) 함량은 1.2% 이하인 것이 바람직하다.

보론(B): 0.0015~0.0030%

보론(B)은 소입성을 높여 강판의 강도 향상에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서 보론은 0.0015% 이상으로 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나 보론(B)의 함유량이 0.0030%을 초과하여 과잉첨가 되면, 열연 시 이상 변형을 유발하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서 보론은 0.0015~0.0030%으로 제한하는 것이 바람직하다.

몰리브덴(Mo): 0.03~0.07%

몰리브덴(Mo)은 수소취성 저항성을 향상시키는 역할을 한다. 몰리브덴 함량이 0.03% 미만인 경우에는 수소취성 저항성 개선에 충분한 효과를 발휘하지 못하고, 반면에 몰리브덴 함량이 0.07% 초과인 경우에는 생산비용이 증가한다. 따라서 몰리브덴 함량은 0.03~0.07%로 제한하는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti): 0.01~0.03%

티타늄(Ti)은 Mo, Nb, V 및 Zr 등의 원소와 복합 형태의 탄화물을 형성한다. 상기 탄화물은 열간 성형을 위한 노 내에서 가열 시 오스테나이트 결정립 성장을 억제할 수 있으며, 냉각 속도의 변화에 대한 민감도를 낮출 수 있다. 티타늄(Ti) 함량이 0.01% 미만이면, 상기 서술한 효과를 기대할 수 없다. 반면에, Ti의 함량이 0.03%를 초과하면, 과도한 TiN과 같은 질화물 형성으로 부재의 충격 특성을 감소시킬 수 있으며, 제조원가가 증가할 수 있다. 따라서 본 발명에서 티타늄의 함량은 0.01~0.03%인 것이 바람직하다.

니오븀(Nb): 0.03% 이하

니오븀(Nb)은 복합 탄화물을 형성하여 석출경화, 구오스테나이트 결정립 미세화 및 수소취성 저항성을 향상시키는 역할을 한다. 니오븀은 특히 고온에서 용해되지 않는 탄화물을 형성함으로써, 열처리 시간이 길어지더라도 재용해되지 않아 구오스테나이트 결정립 미세화 효과를 구현하는데 우수한 역할을 한다. 다만 니오븀 함량이 0.03% 초과인 경우에는 조대한 탄화물 양이 증가하게 되어 석출강화 효과가 저하하게 된다. 따라서 본 발명에서 니오븀 함량은 0.03% 이하인 것이 바람직하다.

상기 언급된 합금원소 이외에 나머지는 철(Fe) 성분이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주의 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수 없다. 이들 불순물들은 통상의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에, 그 모든 내용을 상세히 언급하지 않는다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 미세조직은 강도 확보를 위해 불균일한 마르텐사이트 조직과 베이나이트 조직 및 페라이트 조직을 포함할 수 있으며, 수소 확산계수를 낮추기 위해 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있다. 또한 각 상의 면적분율은 강도와 연성을 확보하기 위해 마르텐사이트 및 베이나이트가 합계로 65~90% 이고, 페라이트가 20% 이하(0% 제외)이며, 잔류 오스테나이트가 5~15% 일 수 있다.

변태조직을 이용하여 1170MPa 이상의 인장강도를 확보하기 위해서는 마르텐사이트 및 베이나이트가 합계로 65~90% 포함되고, 페라이트가 20% 이하(0% 제외)로 포함될 필요가 있다.

또한 본 발명에 따른 냉연강판의 미세조직은 5~15%의 잔류 오스테나이트를 포함한다. 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트의 수소 확산계수는 약 10^-9㎡/s 이며, 오스테나이트의 수소 확산계수는 약 10^-16㎡/s 이다. 오스테나이트의 수소 확산계수가 다른 상보다 낮기 때문에, 강판 내 잔류 오스테나이트 분율이 증가하면, 강판의 수소 확산계수가 감소하여 강판 내 수소 도입이 어렵게 된다. 본 발명에서는 소둔로 이슬점 승온에 따른 소둔로 분위기에서 강판 내 도입 수소를 최소화하기 위해 수소 확산계수가 낮은 잔류 오스테나이트의 비율을 높였으며, 이러한 효과를 얻기 위해 잔류 오스테나이트가 5% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 반면에 잔류 오스테나이트가 15% 초과의 면적분율을 가지기 위해서는 본 발명의 합금조성 조건을 넘어서는 탄소(C), 망간(Mn)과 같은 오스테나이트 안정화 원소의 첨가가 더 필요하므로, 이를 고려하여 잔류 오스테나이트의 면적분율을 15% 이하로 제한하였다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판은 강판 내 확산성 수소 함량이 0.1ppm 이하로 제어되는 것을 특징으로 한다. 수소(H)는 초고강도 강재에서 발생하는 수소취성에 직접적인 영향을 미치는 원소로서 최소화하는 것이 바람직하다. 수소는 강 제조 공정 중에 제강 공정, 냉연 소둔 공정, 전기 도금 공정 등에서 강재에 함유될 수 있다. 이렇게 강재에 함유된 수소는 상온에서 응력 집중부로 이동하여 응력집중부에서 크랙을 발생할 수 있다. 상온에서 응력집중부로 이동하는 수소를 확산성 수소로 일컬으며, 일반적으로 100℃/시간으로 승온 시 300℃ 이하의 온도에서 강중 밖으로 방출되는 수소를 이야기 한다. 따라서, 상기 수소(H)는 확산성 수소를 의미하며, 수소취성을 방지하기 위해서는 강판 내 확산성 수소 함량을 0.1ppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상술한 합금조성 및 미세조직을 가지는 본 발명에 따른 냉연강판은 1170MPa 이상의 인장강도(TS), 13% 이상의 연신율(EL)를 가지며, 강판 내 확산성 수소 함량이 0.1ppm 이하를 만족하여 우수한 수소취성 저항성을 가질 수 있다.

다음으로 이하 본 발명의 다른 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.

[수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 제조방법]

본 발명의 다른 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 제조방법은, 상술한 합금조성을 가지는 강재를 냉간압연하는 단계, 상기 냉간압연된 강재를 0~25℃의 이슬점 온도를 가지는 소둔로에서 750~900℃의 온도범위로 가열하는 단계, 상기 가열된 강재를 550~700℃의 온도범위까지 2~10℃/s의 냉각속도로 서냉하는 단계, 상기 냉각된 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도로 급랭하는 단계, 및 상기 급랭하는 단계 이후 상기 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 초과 베이나이트 변태개시온도(Bs) 이하의 온도범위에서 400~600초 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

강재 준비 및 냉간압연하는 단계

상술한 합금조성을 가지는 강재를 준비하고 이를 냉간압연하여 냉연강판을 제조한다. 상기 냉간압연은 통상적으로 실시되는 냉간압연을 적용할 수 있으므로, 그 조건은 특별히 한정하지 않을 수 있다. 다만 비제한적인 일 실시예로서 강재의 합금조성에 따라 달라질 수는 있으나 40~60%의 냉간압하율로 냉간압연할 수 있다.

가열하는 단계

상기 냉간압연된 강재를 미세조직이 오스테나이트로 변태되도록 가열한다. 이를 위해 750~900℃의 온도범위로 강재를 가열할 수 있다. 가열온도가 750℃ 미만이면 충분한 오스테나이트를 확보할 수 없어 냉각시 변태조직을 제어할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 반면에 가열온도가 900℃를 초과하면 오스테나이트 결정립 제어가 어려워 고강도를 확보할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 상기 가열온도는 750~900℃인 것이 바람직하다.

본 발명에서 냉연강판의 확산성 수소 함량을 0.1ppm 이하로 제어하기 위해서는 상기 가열하는 단계에서 0~25℃의 이슬점 온도로 제어하는 것이 중요하다. 상기 이슬점 온도가 0℃ 미만이면 강판 내 도입되는 수소를 0.1ppm 이하로 제어하기는 용이하지만, 탈탄 반응이 발생하지 않아 표면 도금성이 저하될 수 있다. 반면 25℃ 초과의 이슬점 온도에서는 탈탄 반응에 의해 강판 내의 탄소가 소둔로 내의 수분과 결합하여 수소 원자의 발생을 증가시키고, 이에 따라 강판 내로 도입될 수 있는 수소의 양이 증가하여 강판 내 확산성 수소 함량을 0.1ppm 이하로 제어하기 어려워진다. 그뿐만 아니라, 탈탄층의 깊이가 깊어져 연질 조직의 분율이 증가함에 따라 1170MPa 이상의 강도 확보가 어려울 수 있다.

가열 중 분위기는 5~70% 수소 및 잔부 질소 분위기가 바람직하며, 보다 바람직하게는 5% 수소 및 95% 질소 분위기일 수 있다.

서냉하는 단계

강재를 가열한 후 550~700℃의 온도범위까지 2~10℃/s의 냉각속도로 서냉한다. 700℃를 초과하는 온도에서 서냉을 중지하고 바로 급랭할 경우 충분한 페라이트 비율을 확보할 수 없으며, 550℃ 미만의 온도에서 중지하고 바로 급랭할 경우 페라이트 외의 기타 상의 비율을 확보할 수 없다. 따라서 상기 서냉은 550~700℃ 사이의 온도까지 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 서냉의 냉각속도가 2℃/s 미만으로 너무 느릴 경우, 페라이트의 길이가 길어질 수 있어 연신율의 확보가 어려울 수 있다. 반면에 냉각속도가 10℃/s 초과로 너무 빠를 경우 페라이트의 생성 분율이 충분하지 않을 수 있다. 따라서 상기 서냉은 2~10℃/s의 냉각속도로 이루어지는 것이 바람직하다.

급랭하는 단계

상기 냉각된 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도로 급랭한다. 상기 급랭하는 단계는 마르텐사이트를 얻기 위하여 실시되는 것으로서, 마르텐사이트를 얻기 위해 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도로 냉각한다. 바람직하게는 상기 급랭 시 냉각속도는 7~30℃/s의 범위일 수 있다. 또한 상기 급랭 후 강재에는 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트가 형성되며, 냉각 조건에 따라서 일부 베이나이트가 포함될 수 있다.

유지하는 단계

강재를 급랭한 후 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 초과 베이나이트 변태개시온도(Bs) 이하의 유지온도 범위에서 400~600초 동안 유지한다. 상기 Ms 온도 및 Bs 온도는 강재의 합금조성에 따라 변화하는 값이므로 일률적으로 정할 수는 없지만, 바람직한 일 구현례로서 상기 유지온도를 350~450℃로 제한할 수 있다. 만일 급랭단계에서의 냉각종료온도가 상기 유지온도 범위를 벗어나는 경우에는 적절한 가열 또는 냉각을 추가적으로 실시하여 해당 온도범위가 되도록 제어할 수도 있다.

급랭된 조직 중 마르텐사이트는 탄소를 다량 함유하고 있던 오스테나이트가 무확산 변태한 것이기 때문에, 마르텐사이트 내에도 탄소가 다량 함유될 수 있다. 이 경우, 조직의 경도가 높아지는 측면이 있을 수는 있으나, 반대로 수소취성 및 인성이 급격히 열화되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 일반적으로 높은 온도에서 템퍼링 처리하여 마르텐사이트 내에서 탄소가 탄화물로 석출하도록 하는 방법을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 급랭된 강재를 Ms 초과 Bs 이하의 온도에서 일정 시간 유지되도록 함으로써 마르텐사이트 내에 존재하던 탄소가 고용량의 차이로 인하여 잔류 오스테나이트로 분배(Partitioning)되도록 하였다. 또한 상기 온도에서 일정시간 유지함으로써 소정량의 베이나이트가 생성된 냉연강판을 얻을 수 있다.

상기 Ms 초과 Bs 이하의 유지온도 범위에서의 유지시간은 400~600초인 것이 바람직하다. 상기 유지시간이 400초 미만이면 마르텐사이트의 강도가 증가하고, 베이나이트 변태량이 작아 인성이 열화될 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 반면에 600초를 초과하면 1170MPa 이상의 강도확보에 문제가 발생한다. 따라서 상기 유지시간은 400~600초일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

먼저 발명예로서 하기 표 1 의 발명강 합금조성(단위는 중량%, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물)을 가지는 강재를 준비하고 이를 냉간압연하여 냉연강판을 제조하였다. 제조된 강판은 각기 다른 2 코일로 분리되었고, 발명예 1 과 2 는 동일 코일의 Top부와 Bottom부이고, 발명예 3 은 분리된 다른 코일의 Top부이다.

다음 비교예로서 하기 표 1 의 비교강 합금조성(단위는 중량%, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물)을 가지는 강재를 준비하고 이를 냉간압연하여 냉연강판을 제조하였다. 제조된 강판은 각기 다른 3 코일로 분리되었고, 비교예 1 은 첫 번째 코일의 Middle 부이고, 비교예 2 및 3 은 분리된 다른 코일 각각의 Bottom 부이다.

이후 하기 표 2 의 제조조건에 따라 가열 및 냉각한 후 두께 및 확산성 수소 농도를 측정하여 표 2 에 함께 나타내었다. 냉각 시 냉각속도는 서냉의 경우 2~10℃/s, 급랭의 경우 7~30℃/s 의 범위 내에서 실험상황에 따라 적절히 조절하였다.

구분	C	Si	Mn	Al	P	S	Cr	B	Mo	Ti	Nb
발명강	0.176	1.51	2.58	0.044	0.01	0.001	0.047	0.0022	-	0.021	0.003
비교강	0.130	0.992	2.42	0.024	0.011	0.001	0.96	0.0018	-	0.024	0.014

구분	가열 단계		서냉 종료 온도 (℃)	급랭 종료 온도 (℃)	유지 단계		두께 (mm)	잔류 오스테나이트 분율 (%)	항복 강도 (MPa)	인장 강도 (MPa)	연신율 (%)
구분	이슬점 온도 (℃)	가열 온도 (℃)	서냉 종료 온도 (℃)	급랭 종료 온도 (℃)	유지 온도 (℃)	유지 시간 (min(	두께 (mm)	잔류 오스테나이트 분율 (%)	항복 강도 (MPa)	인장 강도 (MPa)	연신율 (%)
발명예1	9	850	600	320	350	6.5	1.0	9	841	1174	14
발명예2	9	850	600	320	350	6.5	1.0	9	910	1177	14
발명예3	9	850	600	320	350	6.5	1.0	9	910	1177	14
비교예1	3	810	650	400	380	6.5	1.4	3	850	1273	12
비교예2	9	810	650	400	380	6.5	1.4	3	853	1267	11
비교예3	9	810	650	400	380	6.5	1.2	3	814	1243	12

각각의 발명예 및 비교예에 대하여 인장시험 및 수소취성 평가를 실시하였다. 또한 인장시험을 통해 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하고 그 결과를 상기 표 2 에 나타내었다. 수소취성 평가를 위한 실험은 소재에 잔류응력을 부가하고 실 부품의 구멍 단면의 수소취성 평가를 모사하기 위해 100×100의 샘플에 10Φ의 구멍가공을 실시하였다. 제조공정 조건의 클리어런스를 모사하기 위해, 구멍가공은 12%와 20%의 클리어런스가 적용되었다. 자동차 실부품의 부식 시 강판 내로 도입되는 확산성 수소 거동을 모사하기 위해, 0.1N HCl에 100시간 동안 침지 시험 후 구멍 가공 단면부의 크랙 유무를 관찰하였고, 그 결과를 하기 표 3 에 나타내었다. 도 1 은 발명예 1 및 비교예 1 에 대하여 상기 서술한 실험 과정 적용 후 크랙 유무에 관한 사진이다.

구분	확산성 수소 농도 (ppm)	크랙샘플수/평가샘플수
구분	확산성 수소 농도 (ppm)	클리어런스 12%	클리어런스 20%
발명예1	0.073	0/2	0/2
발명예2	0.073	0/2	0/2
발명예3	0.072	0/2	0/2
비교예1	0.126	1/2	1/2
비교예2	0.102	1/2	1/2
비교예3	0.123	1/2	2/2

상기 표 3 에서 확인할 수 있듯이, 강재의 염산 침지 전 초기 확산성 수소량이 0.1ppm 이하인 발명예 1 내지 3 에서는 클리어런스에 상관없이 평가된 샘플 모두 크랙이 발생하지 않았다.

반면 유사한 인장강도를 가지는 비교예 1 내지 3 의 경우 모두 0.1 ppm을 초과하는 확산성 수소량을 가지고 있었으며, 2개의 샘플 중 1개의 샘플 또는 2개 샘플 모두 구멍 단면부에 크랙이 발생함을 확인할 수 있었다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.11~0.20%, 실리콘(Si): 0.5~2.0%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.07%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직은, 면적분율로, 페라이트를 20% 이하(0% 제외), 마르텐사이트 및 베이나이트를 합계로 65~90%, 잔류 오스테나이트를 5~15% 로 포함하며,
강판 내 확산성 수소 함량이 0.1ppm 이하인 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판.
제 1 항에 있어서,
상기 냉연강판은 중량%로, 크롬(Cr): 1.2% 이하, 보론(B): 0.0010~0.0030%, 몰리브덴(Mo): 0.03~0.07%, 티타늄(Ti): 0.01~0.03%, 니오븀(Nb): 0.03% 이하 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판.
제 1 항에 있어서,
상기 냉연강판은 인장강도가 1170MPa 이상, 연신율이 13% 이상인 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판.
중량%로, 탄소(C): 0.11~0.20%, 실리콘(Si): 0.5~2.0%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.07%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 냉간압연하는 단계;
상기 냉간압연된 강재를 0~25℃의 이슬점 온도에서, 750~900℃의 온도범위로 가열하는 단계;
상기 가열된 강재를 550~700℃의 온도범위까지 2~10℃/s의 냉각속도로 서냉하는 단계;
상기 냉각된 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도로 급랭하는 단계; 및
상기 급랭하는 단계 이후 상기 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 초과 베이나이트 변태개시온도(Bs) 이하의 온도범위에서 400~600초 동안 유지하는 단계;
를 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 강재는 중량%로, 크롬(Cr): 1.2% 이하, 보론(B): 0.0010~0.0030%, 몰리브덴(Mo): 0.03~0.07%, 티타늄(Ti): 0.01~0.03%, 니오븀(Nb): 0.03% 이하 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유지하는 단계에서, 유지온도는 350~450℃ 인 것을 특징으로 하는 수소취성 저항성이 우수한 냉연강판의 제조방법.