KR20200077040A

KR20200077040A - 냉연 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20200077040A
Application number: KR1020180166158A
Authority: KR
Inventors: 박진성; 권순환
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-30

Abstract

일 관점에 따른 강판의 제조방법은, (a) 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 0.7%, 망간(Mn): 2.0 ~ 3.0%, 인(P): 0 초과 150ppm 이하, 황(S): 0 초과 30ppm 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0.6 ~ 1.2%, 몰리브덴(Mo): 0.02 ~ 0.09%, 보론(B): 10 ~ 30ppm을 포함하고, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.06% 및 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.06% 중 적어도 1종을 포함하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 열연 강판을 준비하는 단계; (b) 열연 강판을 냉각 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; (c) 냉연강판을 770 ~ 850℃의 온도에서 가열하고 유지한 후 급냉함으로써 소둔 열처리하는 단계; 및 (d) 냉연강판을 280 ~ 320℃의 온도에서 후열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

냉연 강판 및 그 제조방법{COLD-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접부의 강도 및 성형성이 우수한 냉연 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보전이라는 견지로부터 자동차의 연비 향상이 중요한 과제가 되고 있다. 이 때문에, 차체 재료의 고강도화에 의해 박육화를 도모하여, 차체 그 자체를 경량화하고자 하는 움직임이 활발해지고 있다. 그러나, 일반적으로 강판의 고강도화는 성형성의 저하를 초래하여 성형 시의 균열 등의 문제를 일으킨다. 그 때문에, 단순하게는 강판의 박육화가 도모되지 않는다. 그래서, 고강도와 고성형성을 겸비하는 재료의 개발이 요망되고 있다. 또한, 인장 강도(TS)가 980㎫ 이상인 강판에는, 특히 이 고성형성에 추가로 충돌흡수 에너지가 커야하는 특성이 요구되고 있다. 충돌흡수 에너지 특성을 향상시키기 위해서는, 항복비(YR)를 높이는 것이 유효한데, 항복비가 높으면 낮은 변형량으로 강판에 효율적으로 충돌 에너지를 흡수시킬 수 있기 때문이다.

이에 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제2018-0095529호(2018.08.27 공개, 강도 및 성형성이 개선된 고강도 강 시트의 제조방법 및 얻어진 고강도 강 시트)가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 용접부 강도 및 성형성을 확보하여 복잡한 자동차 부품 및 부재에 적용가능한 냉연 강판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 관점에 따른 강판의 제조방법은, (a) 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 0.7%, 망간(Mn): 2.0 ~ 3.0%, 인(P): 0 초과 150ppm 이하, 황(S): 0 초과 30ppm 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0.6 ~ 1.2%, 몰리브덴(Mo): 0.02 ~ 0.09%, 보론(B): 10 ~ 30ppm을 포함하고, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.06% 및 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.06% 중 적어도 1종을 포함하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 열연 강판을 준비하는 단계; (b) 상기 열연 강판을 냉각 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계; (c) 상기 냉연강판을 770 ~ 850℃의 온도에서 가열하고 유지한 후 급냉함으로써 소둔 열처리하는 단계; 및 (d) 상기 냉연강판을 280 ~ 320℃의 온도에서 후열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 강판의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 준비하는 단계; (a-2) 상기 강 슬라브를 1180 ~ 1220℃에서 재가열하는 단계; (a-3) 상기 재가열된 강 슬라브를 880 ~ 920℃에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및 (a-4) 상기 열연강판을 450 ~ 550℃에서 권취하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (c) 단계는 상기 냉연강판을 2 ~ 8℃/s의 속도로 승온하여 770 ~ 850℃의 온도에서 가열하고 유지한 후, 3 ~ 30℃/s의 속도로 280 ~ 320℃의 온도까지 급냉함으로써 소둔 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따른 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 0.7%, 망간(Mn): 2.0 ~ 3.0%, 인(P): 0 초과 150ppm 이하, 황(S): 0 초과 30ppm 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0.6 ~ 1.2%, 몰리브덴(Mo): 0.02 ~ 0.09%, 보론(B): 10 ~ 30ppm을 포함하고, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.06% 및 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.06% 중 적어도 1종을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, [C]+[Mn]/20+[Si]/30+2[P]+4[S]로 정의되는 탄소당량(상기 [C], [Mn], [Si], [P] 및 [S] 는 각각 탄소, 망간, 규소, 인 및 황의 중량비임)이 0.25 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 강판에 있어서, 상기 강판은 용접부 강도로서 십자인장강도(CTS; Cross Tension strength)가 800 ~ 900 kgf/spot일 수 있다.

또한, 상기 강판은 결정립의 최소사이즈에 대한 최대사이즈의 비율인 SR(size ratio)이 0.5 이상이고, 침전물 사이즈(precipitate size; PS)가 20nm 이하일 수 있다.

또한, 상기 강판은 항복 강도(YP)가 800MPa 이상, 인장 강도(TS)가 1000MPa 이상, 연신율(EL)이 10% 이상, 및 홀확장성(HER)이 50% 이상일 수 있다.

본 발명에 따르면, 0.25 이하의 낮은 탄소 당량(Ceq)을 갖도록 성분을 설계하고 공정 조건을 제어함으로써, 용접부 강도 및 성형성이 우수하여 복잡한 자동차 부품 및 부재에 적용가능한 강판을 구현할 수 있다. 그러나, 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 탄소당량(Ceq)과 용접부의 십자인장강도(CTS)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 강판에서 결정립 분균일 정도를 도식적으로 나타내보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강판에서 결정립 분균일 정도를 도식적으로 나타내보인 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

최근, 자동차용 강판은 연비향상이나 내구성 향상을 위하여 강도가 더욱 높은 강판이 요구되고 있으며, 충돌 안전성 및 승객의 보호차원에서 인장강도 980MPa이상의 초고강도 강판이 차체 구조용이나 보강재로서 사용량이 증대하고 있다. 그러나, 강판의 강도가 증가할수록 성형성이 열위해져 강판의 적용에 어려움이 있으며, 용접부의 강도 또한 저하되어 자동차의 충돌 안전성을 극대화하는 데 한계가 있다.

모재가 용접 중에 열을 받았을 경우, 열영향부(Heat Affected Zone; HAZ)는 경화되기 쉬운데, 그 경화도에 가장 큰 영향을 미치는 원소가 탄소(C)이다. 탄소 외에도 경화도에 영향을 미치는 원소들이 있는데, 그러한 원소들을 모아서 탄소의 영향에 대한 비율을 식으로 나타낸 것이 탄소당량이다. 따라서, 용접부의 강도를 나타내는 십자인장강도(CTS; Cross Tension strength)는 [C]+[Mn]/20+[Si]/30+2[P]+4[S]로 정의되는 탄소당량(상기 [C], [Mn], [Si], [P] 및 [S]는 각각 탄소, 망간, 규소, 인 및 황의 중량비임)과 관련이 있다.

도 1은 탄소당량(Ceq)과 용접부의 십자인장강도(CTS)의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하면, 탄소당량(Ceq)이 증가할수록 십자강도(CTS)는 감소하는 경향을 나타낸다. 즉, 탄소당량이 낮을수록 용접성이 좋아지고 용접부의 강도가 좋아지게 된다.

본 발명은 복잡한 자동차 부품 및 부재에 적용가능하도록, 용접부 강도 및 성형성을 확보하기 위하여, 0.25 이하의 낮은 탄소 당량(Ceq)을 갖도록 성분을 설계하였다. 용접부의 강도 및 재질 확보를 위해 강의 담금질성을 높여 고강도화에 유리한 원소인 보론(B)을 첨가하였으며, 소입성 원소의 함량 저하에 따른 강도 보상을 위해 결정립을 미세화하고 석출 경화 및 조직 균일화의 목적으로 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti)을 첨가하였으며, 강도 확보를 위해 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 및 크롬(Cr)을 첨가하였다.

이하, 본 발명의 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판에 대해 구체적으로 설명한다.

용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판

본 발명의 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 0.7%, 망간(Mn): 2.0 ~ 3.0%, 인(P): 0 초과 150ppm 이하, 황(S): 0 초과 30ppm 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0.6 ~ 1.2%, 몰리브덴(Mo): 0.02 ~ 0.09%, 보론(B): 10 ~ 30ppm을 포함하며, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.06% 및 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.06% 중 적어도 1종을 포함한다.

상기 성분들 외 나머지는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판에 포함되는 각 합금 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C): 0.05 ~ 0.1 중량%

탄소(C)는 강의 강도, 인성 및 용접부 인성에 영향을 미치는 원소이다. 또한, 강재의 경화능을 증가시키는 원소로서, 열간 마무리 압연 후 냉각시 페라이트 변태를 지연시켜 펄라이트의 분율을 증가시킴으로써, 항복강도뿐만 아니라 인장강도를 증가시킨다. 다만, 그 함량이 강판 전체의 0.05 중량% 미만인 경우 합금원소의 첨가 등을 통하여 충분한 인장 강도 확보는 가능하나 원하는 항복강도 및 연신율 확보가 어렵다. 반대로, 탄소(C)의 첨가량이 0.1 중량%를 초과하는 경우에는 초정 페라이트 형성으로 인한 슬라브에 크랙이 발생할 가능성이 높아지며, 인성의 저하 및 용접성의 저하를 초래하고 펄라이트 상의 분율이 높아져 원하는 미세조직을 제어하기 어려워진다. 따라서, 탄소(C)의 함량을 강판 전체의 0.05 ~ 0.1 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.

실리콘( Si ): 0.3 ~ 0.7 중량%

실리콘(Si)은 탈산제로 작용하며, 고용강화에 효과적으로 작용하는 원소이다. 또한 페라이트 안정화원소로서 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는데 효과적이다. 그러나, 가열로에서 적스케일을 생성시킴으로써 다량 첨가시 강의 표면을 악화시키는 문제를 줄 수 있으며 또한 산화물 생성으로 인해 용접성을 떨어뜨리는 문제를 가지고 있다. 따라서, 상기 실리콘(Si)의 첨가량을 강판 전체의 0.3 ~ 0.7 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

망간(Mn): 2.0 ~ 3.0 중량%

망간(Mn)은 철(Fe)과 비슷한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화에 매우 효과적이며 강의 경화능을 향상시켜 열처리 후 강도확보에 효과적인 원소이다. 또한, 오스테나이트 안정화 원소로서, 페라이드, 펄라이트 변태를 지연시킴으로써 페라이트의 결정립 미세화에 기여할 수 있다. 망간(Mn)의 첨가량이 2.0중량% 미만이면 강도 확보가 어렵고, 3.0 중량%를 초과하여 첨가시에는 탄소당량을 높여 용접성을 크게 떨어뜨리고 MnS 게재물 생성 및 슬라브/ 코일에 중심편석 등을 발생시킴으로써 강의 연성 및 충격특성을 크게 떨어뜨린다. 따라서, 망간(Mn)의 함량은 강판 전체의 2.0 ~ 3.0중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5 중량%

알루미늄(Al)은 탈산제로 작용하고 페라이트 형성을 촉진하며, 실리콘(Si)과 유가한 효과를 나타낸다. 이러한 알루미늄(Al)은 강판 전체의 0.01 ~ 0.5 중량%의 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)을 0.01 중량% 미만으로 JA가시 그 효과가 미미하며, 0.5 중량%를 초과하여 첨가할 경우 강 내에 존재하는 질소(N)와 결합하여 조대한 AlN계 질화물을 생성한다.

크롬( Cr ): 0.6 ~ 1.2 중량%

크롬(Cr)은 고용 강화에 효과적으로 작용하여 강도를 향상시키는 원소로서, 강의 경화능을 향상시켜 고강도를 확보할 수 있게 한다. 이러한 크롬(Cr)을 0.6 중량% 미만으로 첨가할 경우 고강도 확보가 어려우며, 1.2 중량%를 초과하여 첨가할 경우 연신율이 크게 감소할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 크롬(Cr)의 함량을 0.6 ~ 1.2 중량%로 제한한다.

몰리브덴( Mo ): 0.02 ~ 0.09중량%

몰리브덴(Mo)은 페라이트 미세화 및 강도 향상의 효과가 있다. 몰리브덴(Mo)을 0.02 중량% 미만으로 첨가 시 페라이트 미세화 및 강도 향상의 효과가 미미하며, 0.09 중량%를 초과하여 첨가 시 연신율이 크게 감소할 수 있으므로, 본 발명에서는 몰리브덴(Mo)의 0.02 ~ 0.09 중량%로 제한한다.

니오븀( Nb ): 0.01 ~ 0.06 중량%

니오븀(Nb)은 석출 경화에 의해 강도를 부여하기 위해 탄질화물의 형성을 유발한다. 니오븀(Nb)은 가열 동안에 재결정을 지연시키기 때문에, 유지 온도의 끝에서 그리고 그 결과로서 전체 어닐링 이후에 형성된 미세조직은 더 미세화되어 제품의 경화를 초래한다. 그러나, 니오븀(Nb) 함량이 0.06 중량%를 초과하면, 탄질화물이 다량 형성되고 강의 연성을 저하시키는 경향이 있다.

티타늄(Ti):0.01 ~ 0.06 중량%

티타늄(Ti)은 니오븀(Nb)처럼 침전되어 탄질화물을 형성하고 경화에 기여한다. 티타늄(Ti)은 또한, 주조 제품의 응고 동안에 나타나는 조대한 TiN의 형성에 관여한다. 따라서, 구멍 확장에 해로운 거친 TiN을 회피하기 위해 티타늄(Ti)의 함량은 0.06 중량% 이하로 제한된다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.01 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는, 본 발명의 강에 어떠한 영향도 주지 않는다.

상기 니오븀(Nb)과 티타늄(Ti)은 적어도 1종 이상 첨가될 수 있다.

보론(B): 10 ~ 30ppm

보론(B)은 용접부 강도를 확보하고 강의 담금질성을 높여 고강도화에 유리한 원소이다. 보론(B)의 첨가량이 10ppm 미만일 경우 마르텐사이트 분율을 확보하기 어려워 강도를 확보하기 어려우며, 다량 첨가시에는 충격특성을 급격히 저하시키므로, 상기 보론(B)의 함량은 10 ~ 30ppm으로 제어하는 것이 바람직하다.

그 외 불가피한 첨가 원소: 인(P), 황(S)

그 외 불가피한 원소로서 인(P), 황(S)이 있다. 인(P)의 경우 강의 제조 공정 중 편석될 확률이 높으며 인의 편석은 인성을 저하시키고 성형 후 일정 시간이 지난 후에 파괴가 되는 지연 파괴의 원인이 된다. 따라서 강판 중의 인(P)의 함량은 150ppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고 망간(Mn)과 결합하여 MnS를 형성함으로써 강의 내식성 및 충격특성을 저하시킨다. 이에, 본 발명에서는 상기 황(S)의 함량을 30ppm 이하로 제한하였다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.

상기와 같은 합금 조성을 갖는 본 발명에 따른 강판은 800MPa 이상의 항복 강도(YP), 1000MPa 이상의 인장 강도(TS), 10% 이상의 연신율(EL)을 갖는다. 또한, 본 발명의 상기 강판은 [C]+[Mn]/20+[Si]/30+2[P]+4[S]로 정의되는 탄소당량(상기 [C], [Mn], [Si], [P] 및 [S] 는 각각 탄소, 망간, 규소, 인 및 황의 중량비임)은 0.25 이하일 수 있다. 또한, 상기 본 발명에 따른 강판은 용접부 강도로서 800 ~ 900 kgf/spot의 십자인장강도(CTS)를 갖는다.

본 발명의 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 그 일 구현예로써 하기와 같은 방법에 의하여 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 측면인 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판의 제조방법

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.

본 발명의 용접부 강도 및 성형성이 우수한 고강도 강판의 제조방법은, 중량%로서, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 0.7%, 망간(Mn): 2.0 ~ 3.0%, 인(P): 0 초과 150ppm 이하, 황(S): 0 초과 30ppm 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0.6 ~ 1.2%, 몰리브덴(Mo): 0.02 ~ 0.09%, 보론(B): 10 ~ 30ppm을 포함하며, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.06% 및 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.06% 중 적어도 1종, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 준비하는 단계(S210); 상기 열연강판을 냉간 압연하는 단계(S220); 및 상기 냉간 압연된 냉연 강판을 소둔 열처리하는 단계(S230); 상기 소둔 열처리 후 강판을 냉각하고 후열처리하는 단계(S240)를 포함한다.

먼저, 열연강판을 준비하는 단계(S210)로서, 상기 조성을 만족하는 강괴 또는 슬라브(이하, 슬라브로 통칭함)를 준비하고, 상기 슬라브를 1,180~1,220℃로 가열하여 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용시킨다. 상기 재가열 온도는 통상의 열간압연 온도를 확보할 수 있도록 1,180 ~ 1,220℃로 하는 것이 바람직하다. 상기 재가열온도가 1,180℃ 미만이면 열간압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있으며, 1,220℃를 초과하는 경우에는 표면 스케일양이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있다.

상기 재가열 후 통상의 방법으로 열간압연을 행하고, 880 ~ 920℃의 온도범위에서 마무리 압연하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도가 920℃를 초과할 경우 강판의 표면 스케일 발생으로 인해 강판의 품질이 저하될 우려가 있다. 또한, 880℃ 미만의 압연 온도에서는 결정립이 미세화되어 강도가 상승하나 압연부하 증가 및 생산성 감소를 야기할 수 있다.

다음으로, 상기 열연 판재를 소정의 권취 온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 30 ~ 150℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 권취 온도는 450 ~ 550℃를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 권취 온도는 적정량의 페라이트와 펄라이트를 확보하기 위함이며, 권취 온도가 너무 높을 경우에는 조대한 페라이트 및 펄라이트가 생성되어 강도 확보가 어렵다. 권취 온도가 550℃를 초과할 경우에는 조대립의 형성으로 항복비는 감소하나 인성이 저하되고 목표하는 강도에 미달될 문제가 발생할 수 있는 반면, 권취 온도가 450℃ 미만으로 저온일 경우에는 조직이 미세하게 되어 강도와 인성은 증가할 수 있으나, 연신율을 충족시키기 어렵다.

열연강판을 준비한 다음에는, 상기 열연 강판을 냉간 압연하는 단계(S220)로서, 위와 같이 제조된 열연 강판을 이용하여, 산세 처리후 40~80%의 평균 압하율로 냉간압연을 실시한다.

냉간압연을 실시한 다음에는, 소둔 열처리 단계(S230)로서, 상기 냉간 압연된 냉연 강판을 통상의 서냉각 구간이 있는 연속 소둔로에서, 770 ~ 850℃의 온도범위로 소둔 열처리를 행한다. 소둔온도가 770℃ 미만이면 미재결정립이 생길 위험성이 증대할 수 있으며, 또한 충분한 오스테나이트를 형성하기 어려워 본 발명에서 목표로 하는 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 또한, 소둔온도가 850℃를 초과하는 경우는 과다한 오스테나이트의 형성으로 인해 베이나이트량이 급격이 증가하게 되어 항복강도의 과도한 증가 및 연성의 열화가 초래될 수 있다.

소둔 열처리 단계를 실시한 다음에는, 냉각 및 후열처리 단계(S240)로서, 상기 소둔 열처리 후 3~30℃/s의 냉각속도로 냉각한 후, 상기 강판에 대해 280 ~ 320℃의 온도범위에서 후열처리(템퍼링)를 행하여 홀 확장성이 우수한 고강도 냉연강판을 제조할 수 있다. 상기 후열처리 온도가 280℃ 미만이면 탄소(C) 확산을 위한 템퍼링 효과를 충분히 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있으며, 후열처리 온도가 320℃를 초과하는 경우는 탄화물 생성에 의하여 마르텐사이트 상의 강도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

상기한 본 발명의 방법으로 제조된 강판은 페라이트와 마르텐사이트를 포함하는 최종 조직을 가질 수 있으며, 침전물 사이즈(precipitate size; PS)가 20nm 이하이며, 결정립의 최소사이즈에 대한 최대사이즈의 비율인 SR(size ratio)이 0.5 이상인 특성을 갖는다. SR은 결정립의 크기를 측정하였을 때 최소 사이즈에 대한 최대 사이즈의 비율을 나타내는 것으로, 이 값이 작을수록 결정립 사이즈의 차이가 크고 조직이 불균일하다는 것을 의미하며, 이 값이 1에 가까울수록 결정립 사이즈의 차이가 작으며 조직이 균일함을 의미한다. 본 발명의 경우 SR이 0.5 이상을 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 강을 준비하고, 소정의 열연 및 냉연 공정을 거쳐 실시예 및 비교예에 따른 강판을 준비하고, 강판의 조직 특성 및 기계적 물성을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	성분(중량%)
구분	C	Si	Mn	P	S(ppm)	Cr	Al	Mo	Ti	Nb	B(ppm)	Ceq.
실시예	0.07	0.5	2.3	0.015	15	1.03	0.3	0.07	0.04	-	22	0.243
비교예	0.15	0.3	2.3	0.015	15	0.4	0.03	0.07	-	-	-	0.311

조직특성

물성

F분율
(%)

F사이즈
(㎛)

M분율
(%)

M사이즈
(㎛)

B분율
(%)

SR

PS
(nm)

YP
(MPa)

TS
(MPa)

EL
(%)

HER
(%)

CTS
(㎏/spot)

실시예

30~40

10↓

60~70

10↓

-

0.5↑

20↓

800

1040

10.8

50

800~900

비교예

40~50

15↑

40~50

15

10↓

0.2

-

752

1032

12.1

13

400~500

표 1 및 표 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 강판은 (a) C: 0.07중량%, Si: 0.5중량%, Mn: 2.3중량%, P: 0.015중량%, S: 15ppm, Al: 0.3중량%, Cr: 1.03중량%, Mo: 0.07중량%, Ti: 0.04중량%, B: 22ppm을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지되, 탄소당량(Ceq.)이 0.243인 강 슬라브를 제공하는 단계; (b) 상기 강 슬라브를 1150℃에서 재가열하는 단계; (c) 상기 재가열된 강 슬라브를 900℃에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; (d) 상기 열연강판을 520℃에서 권취하는 단계; (e) 상기 권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; (f) 상기 냉연강판을 830℃의 온도에서 가열하고 유지한 후 80℃의 온도까지 급냉함으로써 소둔 열처리하는 단계; 및 (g) 상기 강판을 310℃에서 후열처리하는 단계를 수행하여 구현하였다.

본 발명의 비교예에 따른 강판은 (a) C: 0.15중량%, Si: 0.3중량%, Mn: 2.3중량%, P: 0.015중량%, S: 15ppm, Al: 0.03중량%, Cr: 0.4중량%, Mo: 0.07중량%을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지되, 탄소당량(Ceq.)이 0.311인 강 슬라브를 제공하는 단계; (b) 상기 강 슬라브를 1150℃에서 재가열하는 단계; (c) 상기 재가열된 강 슬라브를 900℃에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; (d) 상기 열연강판을 520℃에서 권취하는 단계; (e) 상기 권취된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; (f) 상기 냉연강판을 830℃의 온도에서 가열하고 유지한 후 80℃의 온도까지 급냉함으로써 소둔 열처리하는 단계; (g) 상기 강판을 310℃에서 후열처리하는 단계를 수행하여 구현하였다.

표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강판은 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 최종 조직을 가지고, 본 발명의 비교예에 따른 강판보다 페라이트 분율, 페라이트 사이즈가 상대적으로 작으며, 마르텐사이트 분율은 상대적으로 크지만 마르텐사이트 사이즈는 상대적으로 작음을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 강판은 결정립 최소사이즈와 결정립 최대사이즈의 비(SR)가 0.5 보다 큼에 반하여, 본 발명의 비교예에 따른 강판에서는 결정립 최소사이즈와 결정립 최대사이즈의 비(SR)이 0.2로 나타났음을 확인할 수 있다.

SR은 결정립의 균일도를 나타내는 지표로서, 결정립의 최소 사이즈에 대한 최대 사이즈의 비율을 나타낸다. SR 값이 작을수록 조직의 결정립의 사이즈 차이가 크고, 따라서 조직이 불균일함을 의미한다. SR 값이 1에 가까울수록 결정립의 사이즈 차이가 작고, 따라서 조직이 균일함을 의미한다. 결정립의 크기를 잴 때 원형의 경우 지름을 측정하고, 타원형 결정립의 경우 장축의 길이를 측정하였으며, 다각형 결정립의 경우 가장 긴 대각선의 길이를 측정하였다.

도 2는 본 발명의 비교예에 따른 강판에서 결정립 분균일 정도를 도식적으로 도해하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강판에서 결정립 분균일 정도를 도식적으로 도해하는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 강판에서는 결정립 최소사이즈와 결정립 최대사이즈의 비(SR)가 약 0.6(도 2)임에 반하여, 본 발명의 비교예에 따른 강판에서는 결정립 최소사이즈와 결정립 최대사이즈의 비(SR)가 0.2(도 2 참조)으로 측정된다. 따라서, 본 발명의 실시예의 강판의 경우 비교예의 강판에 비해 조직이 균일함을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 강판은 본 발명의 비교예에 따른 강판보다 용접부 강도로서의 십자인장강도(CTS)가 상대적으로 높음을 확인할 수 있다. 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강판에서는 용접부 강도로서 십자인장강도가 800 ~ 900kgf/spot임에 반해, 본 발명의 비교예에 따른 강판에서는 용접부 강도로서 십자인장강도가 400 ~ 500 kgf/spot으로 측정되었다.

이와 같이, 본 발명의 합금 조성비를 만족하는 실시예의 강판은, 항복 강도(YP)가 800MPa, 인장 강도(TS)가 1040MPa, 연신율(EL)이 10.8, 홀확장성(HER)이 50%로 나타났으며, 용접부 강도(CTS)는 800~900㎏/spot로 측정됨으로써, 비교예의 강판에 비해 홀확장성(HER) 및 CTS에 있어서 큰 개선이 이루어졌음을 알 수 있다.

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

(a) 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 0.7%, 망간(Mn): 2.0 ~ 3.0%, 인(P): 0 초과 150ppm 이하, 황(S): 0 초과 30ppm 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0.6 ~ 1.2%, 몰리브덴(Mo): 0.02 ~ 0.09%, 보론(B): 10 ~ 30ppm을 포함하고, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.06% 및 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.06% 중 적어도 1종을 포함하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 열연 강판을 준비하는 단계;
(b) 상기 열연 강판을 냉각 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계;
(c) 상기 냉연강판을 770 ~ 850℃의 온도에서 가열하고 유지한 후 급냉함으로써 소둔 열처리하는 단계; 및
(d) 상기 냉연강판을 280 ~ 320℃의 온도에서 후열처리하는 단계를 포함하는,
강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
(a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 준비하는 단계;
(a-2) 상기 강 슬라브를 1180 ~ 1220℃에서 재가열하는 단계;
(a-3) 상기 재가열된 강 슬라브를 880 ~ 920℃에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
(a-4) 상기 열연강판을 450 ~ 550℃에서 권취하는 단계를 포함하는,
강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 상기 냉연강판을 2 ~ 8℃/s의 속도로 승온하여 770 ~ 850℃의 온도에서 가열하고 유지한 후, 3 ~ 30℃/s의 속도로 280 ~ 320℃의 온도까지 급냉함으로써 소둔 열처리하는 단계를 포함하는,
강판의 제조방법.
중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.3 ~ 0.7%, 망간(Mn): 2.0 ~ 3.0%, 인(P): 0 초과 150ppm 이하, 황(S): 0 초과 30ppm 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0.6 ~ 1.2%, 몰리브덴(Mo): 0.02 ~ 0.09%, 보론(B): 10 ~ 30ppm을 포함하고, 니오븀(Nb): 0.02 ~ 0.06% 및 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.06% 중 적어도 1종을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
[C]+[Mn]/20+[Si]/30+2[P]+4[S]로 정의되는 탄소당량(상기 [C], [Mn], [Si], [P] 및 [S] 는 각각 탄소, 망간, 규소, 인 및 황의 중량비임)이 0.25 이하인 것을 특징으로 하는,
강판.
제4항에 있어서,
상기 강판은 용접부 강도로서 십자인장강도(CTS; Cross Tension strength)가 800 ~ 900 kgf/spot인 것을 특징으로 하는,
강판.
제4항에 있어서,
상기 강판은 결정립의 최소사이즈에 대한 최대사이즈의 비율인 SR(size ratio)이 0.5 이상이고, 침전물 사이즈(precipitate size; PS)가 20nm 이하인 것을 특징으로 하는,강판.
제4항에 있어서,
상기 강판은 항복 강도(YP)가 800MPa 이상, 인장 강도(TS)가 1000MPa 이상, 연신율(EL)이 10% 이상, 및 홀확장성(HER)이 50% 이상인 것을 특징으로 하는,
강판.