KR20200134397A - 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20200134397A KR1020190059775A KR20190059775A KR20200134397A KR 20200134397 A KR20200134397 A KR 20200134397A KR 1020190059775 A KR1020190059775 A KR 1020190059775A KR 20190059775 A KR20190059775 A KR 20190059775A KR 20200134397 A KR20200134397 A KR 20200134397A
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신효동
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 탄소(C): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지되, 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 인 것을 특징으로 하는, 강판을 제공한다.

Description

강판 및 그 제조방법{STEEL PLATE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충돌 흡수능이 우수한 고항복 1.5G급 초고강도 냉연강판 또는 도금강판과 그 제조방법에 관한 것이다.
차량의 충돌 시 승객안전과 직접 관계되는 부품에는 충돌흡수능이 우수한 고항복 소재와 인장강도가 1.5G 이상의 초고장력 냉연강판이 주로 사용되고 있으며 높은 항복강도 및 인장강도와 더불어 높은 굽힘 가공성(R/t)을 가져야 한다. 1.5GPa급 강도를 가지는 자동차 차체용 고강도 부재는 차량 충돌 시 승객을 보호하는 범퍼 빔(Bumper beam), 사이드 실(Side sill), 도어 임팩트 빔(Door impact beam) 등의 충돌부재이다.
종래 기술로 제조된 1.5GPa급 냉연 초고강도 강판의 경우 저항복비 한계를 가지고 있어 부품 성형 후 충돌 시 충돌흡수능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 1.5GPa급 강도를 가지는 충돌부재의 경우 연신율 보다 부품을 성형할 수 있는 굽힘가공성(R/t)이 열위하여 부품가공 시 밴딩부의 크랙이 발생하는 등 부품가공시의 문제점이 많이 발생한다. 또한 냉연 래스 마르텐사이트강의 주요 이슈인 수소 취성에서도 많이 취약한 문제점이 있다. 그리고, 굽힘 가공성에 대한 구체적인 해결방안 없이 초고강도 강판에만 한정하여 개발되는 경우도 있는 바, 2.3 ~ 3.5%의 고망간 강종에 수반되는 MnS 밴드층에 의하여 굽힘성 측면에서 상당히 열위한 문제점이 있으며, 저항복 특성으로 충돌흡수성도 낮은 문제점이 발생할 수 있다.
관련 선행기술로는 일본공개특허 제2005-105367호가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 항복강도 및 인장강도와 더불어 높은 굽힘 가공성(R/t)을 가지는 충돌 흡수능이 우수한 고항복 1.5G급 초고강도 냉연강판 또는 도금강판과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 탄소(C): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지되, 상기 강판의 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 이다.
상기 강판에서, 최종 미세 조직은 템퍼드 마르텐사이트와 템퍼드 베이나이트를 포함하되, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 상분율과 상기 템퍼드 베이나이트의 상분율의 합이 80% 이상일 수 있다.
상기 강판에서, 상기 최종 미세 조직은 니들(needle) 타입 형태의 Fe5C2 석출물을 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법은 (a) 탄소(C): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계; (c) 상기 열간 압연된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및 (d) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 소둔, 과시효 및 템퍼링 공정을 순차적으로 수행하는 열처리 단계; 를 포함한다.
상기 강판의 제조방법에서, 상기 (d)단계는, 상기 강재에 대하여 800 ~ 860℃에서 소둔 공정을 수행하는 단계; 상기 강재에 대하여 250 ~ 500℃에서 과시효 공정을 수행하는 단계; 및 상기 강재에 대하여 150 ~ 250℃에서 60 ~ 240분 동안 템퍼링 공정을 수행하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 강판의 제조방법에서, 상기 (a)단계는 상기 강재를 1150 ~ 1250℃에서 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 (b)단계는 마무리 압연 온도가 880 ~ 920℃, 권취온도가 500 ~ 720℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하고, 상기 (c)단계는 50 ~ 70%의 압하율로 냉간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 강판의 제조방법에서, 상기 소둔 공정은 오스테나이트의 단상 영역에서 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 높은 항복강도 및 인강강도와 더불어 높은 굽힘 가공성(R/t)을 가지는 충돌 흡수능이 우수한 고항복 1.5G급 초고강도 냉연강판 또는 도금강판과 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 일 실시예에 따른 강판의 제조방법에서 소둔 공정, 과시효 공정 및 템퍼링 공정을 포함하는 2단계 열처리 개요를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법에서 2단계 열처리 전후 응력-변형률의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 강판의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
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. 이하에서는 높은 항복강도 및 인강강도와 더불어 높은 굽힘 가공성(R/t)을 가지는 충돌 흡수능이 우수한 고항복 1.5G급 초고강도 냉연강판 또는 도금강판과 그 제조방법의 구체적인 내용을 제공하고자 한다.
강판
본 발명의 일 실시예에 따르는 강판은 탄소(C): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 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 강의 강도를 높이는데 가장 효과적이며 중요한 원소이다. 또한, 탄소의 첨가에 의하여 오스테나이트에 고용되어 담금질 시 마르텐사이트 조직을 형성시킨다. 나아가, 철, 크롬, 몰리브덴 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성, 강도와 경도를 향상시킨다. 탄소(C)는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0.24 ~ 0.30중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 탄소의 함량이 전체 중량의 0.24중량% 미만일 경우에는 상술한 효과를 구현할 수 없으며 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소의 함량이 전체 중량의 0.30중량%를 초과할 경우에는 인성과 용접 특성에서 열위성이 나타날 수 있다.
규소(Si)
규소(Si)는 페라이트 안정화 원소로 잘 알려져 있어 냉각 중 페라이트 분율을 높여 연성을 증가시키는 원소로 잘 알려져 있다. 또한, 오스테나이트 탄소 농화로 마르텐사이트 형성을 촉진하여 강도를 확보할 수 있는 원소로 알려져 있다. 한편, 규소는 알루미늄과 함께 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가되며, 고용강화 효과도 가질 수 있다. 상기 규소는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0.05 ~ 0.15중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 규소의 함량이 전체 중량의 0.05중량% 미만일 경우에는 상술한 규소 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 규소의 함량이 전체 중량의 0.15중량%를 초과하여 다량 첨가시 인성 및 소성 가공성이 저하되는 문제가 있으며 강의 용접성을 저하시키며, 재가열 및 열간압연 시에 붉은 스케일(red scale)을 생성시킴으로써 표면품질에 문제를 줄 수 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 일부는 강 속에 고용되며 일부는 강중에 함유된 황과 결합하여 비금속개재물인 MnS를 형성하는데 이 MnS는 연성이 있어서 소성가공시 가공방향으로 길게 연신된다. 그러나 Mns의 형성으로 강 속에 있는 황성분이 감소하면서 결정립이 취약해지고 저융점화합물인 FeS의 형성을 억제시킨다. 강의 내산성과 내산화성을 저해하지만 펄라이트가 미세해지고 페라이트를 고용강화 시킴으로써 항복강도를 향상시킨다. 망간은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 1.5 ~ 2.5중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. 망간의 함량이 1.5중량% 보다 작을 경우, 상술한 강도 확보의 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 망간의 함량이 2.5중량%를 초과할 경우, 슬라브 품질 및 용접성이 저하되며, 중심 편석(center segregation)이 발생하여 강판의 연성이 저하되고 가공성이 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 0.012중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 인의 함량이 0.012중량%를 초과하는 경우에는 용접부가 취화되고 프레스 성형성이 저하되며 충격저항을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
황(S)
황(S)은 망간, 티타늄 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선시키며 미세 MnS의 석출물을 형성하여 가공성을 향상시킬 수 있으나, 일반적으로 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. 상기 황은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 전체 중량의 0 초과 0.003중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 황의 함량이 0.003중량%를 초과할 경우, MnS 개재물 수가 증가하여 가공성이 열위되는 문제점이 발생할 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 탈산제로 주로 사용하는 원소로서, 페라이트 형성을 촉진하며 연신율을 향상시키며, 오스테나이트 내 탄소 농화량을 증진하여 오스테나이트를 안정화시킨다. 또한, 알루미늄은 철과 아연도금층 사이에 레이어(layer)로 작용하여 도금성을 개선하는 원소이며, 열연 코일내 망간 밴드의 형성을 억제하는데 효과적인 원소이다. 상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.05중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 상술한 알루미늄 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 있다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.05중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 알루미늄 개재물이 증가하여 연주성을 저하시키며 슬라브내 AlN을 형성하여 열연 크랙을 유발하는 문제점이 있다
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 경화능을 향상시키고 고강도를 확보할 수 있는 원소이며, 오스테나이트 안정화 원소로 소입성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 크롬은 소둔 열처리시 Cr계 석출물을 입내에 석출하여 연신율을 증가시킨다. 상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.35 ~ 0.45 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.35 중량% 미만일 경우에는 상술한 크롬 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.45 중량%를 초과하여 과다하게 첨가될 경우에는 연성이 저하되며 도금성을 저해하는 문제점이 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여하며, 또한 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다. 상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.15 ~ 0.25중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.15중량% 미만일 경우에는 몰리브덴 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.25중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.
티타늄(Ti)
티타늄(Ti)은 결정립을 미세화하여 굽힘 가공성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 또한, 티타늄은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시킴으로써 강의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0.025 ~ 0.045중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.025중량% 미만일 경우에는 상술한 티타늄의 첨가 효과가 충분하지 않으며, 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 고용질소로 인해 시효경화가 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.045중량%를 초과할 경우에는 조대한 TiC 석출물을 생성시킴으로써 연신율이 저하되며 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.
붕소(B)
붕소(B)는 강력한 소입성 원소로서, 인(P)의 편석을 막아 강도를 향상시키는 역할을 한다. 만일, 인(P)의 편석이 발생할 경우에는 2차가공취성이 발생할 수 있으므로, 붕소를 첨가하여 인(P)의 편석을 막아 가공취성에 대한 저항성을 증가시킨다. 상기 붕소는 본 발명에 따른 강판 전체 중량의 0 초과 0.0025중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 붕소의 함량이 0.0025중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 붕소 산화물의 형성으로 강의 표면 품질을 저해하는 문제를 유발할 수 있다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 냉연강판 또는 도금강판으로서 최종 미세 조직은 템퍼드 마르텐사이트와 템퍼드 베이나이트를 포함하되, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 상분율과 상기 템퍼드 베이나이트의 상분율의 합이 80% 이상일 수 있다. 또한, 상기 최종 미세 조직은 니들(needle) 타입 형태의 Fe5C2 석출물을 더 포함할 수 있다. 상기 강판은 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92% 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 일 수 있다. 상기 굽힘가공성(R/t)에서 R은 최소 굽힘 반경 비이며, t는 단위 두께이다.
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): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 재가열하는 단계(S100); (b) 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계(S200); (c) 상기 열간 압연된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계(S300); 및 (d) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 소둔, 과시효 및 템퍼링 공정을 순차적으로 수행하는 열처리 단계(S400); 를 포함한다. 상기 (c)단계(S300)와 상기 (d)단계(S400)는 광의의 냉연 공정으로 함께 이해될 수 있다.
상기 (a)단계(S100)는 상기 강재를 1150 ~ 1250℃에서 재가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 강재는 상술한 온도에서 재가열될 때, 연속주조 공정 시에 편석된 성분이 재고용될 수 있다. 석출 및 고용강화를 통해 강도 향상을 도모하고자 하는 경우, 열간 압연 전 강화원소를 오스테나이트 내 충분히 고용 시켜야 하고 그 때문에 강재를 1150℃ 이상으로 가열할 필요가 있다. 재가열온도가 1150℃보다 낮을 경우, 각종 탄화물의 고용이 충분하지 않을 수 있으며, 연속주조공정시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제가 있을 수 있다. 하지만 재가열온도가 1250℃를 넘는 온도로는 오스테나이트 조대화나 탈탄 등 악영향이 있고 목적하는 강도를 얻을 수 없다. 즉, 재가열온도가 1250℃를 초과할 경우, 매우 조대한 오스테나이트 결정립이 형성되어 강도 확보가 어려울 수 있다. 또한, 재가열온도가 1250℃를 초과할 경우 가열 비용이 증가하고 공정 시간이 추가되어, 제조 비용 상승 및 생산성 저하를 가져올 수 있다.
상기 (b)단계(S200)는 마무리 압연 온도(FDT)가 880 ~ 920℃, 냉각속도는 80℃/s 이상, 권취온도(CT)가 500 ~ 720℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다. 마무리 압연 온도(FDT)는 최종 재질에 미치는 매우 중요한 인자로 880 ~ 920℃에서의 압연은 오스테나이트를 미세화할 수 있는 온도이다. 그러나, 열간 압연 온도가 880℃ 보다 낮으면 압연 시 압연 부하가 증가되고 에지(EDGE)부 혼립 조직이 발생할 수 있다. 또한 920℃를 넘는 고온영역의 압연은 결정립 조대화로 목표 기계적 성질을 얻을 수 없다. 한편, 권취온도가 500℃ 보다 낮은 경우 열간 압연 부하가 증가하는 문제점이 있으며, 권취온도가 720℃ 보다 높은 경우 입계 내부가 산화되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 상기 열간 압연은 압하율이 90% 이상인 조건으로 수행될 수 있다. 열간 압연 후의 상기 강재의 미세조직은 베이나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함할 수 있다.
상기 (c)단계(S300)는 산세 공정을 수행한 후에 50 ~ 70%의 압하율로 냉간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (d)단계(S400)는, 상기 강재에 대하여 800 ~ 860℃에서 소둔 공정을 수행하는 단계; 상기 강재에 대하여 250 ~ 500℃에서 과시효 공정을 수행하는 단계; 및 상기 강재에 대하여 150 ~ 250℃에서 60 ~ 240분 동안 템퍼링 공정을 수행하는 단계;를 순차적으로 포함할 수 있다.
상기 소둔 공정은 상기 강재의 오스테나이트 단상 영역에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 제조방법으로 구현한 강판은 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 인 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법에서 소둔 공정, 과시효 공정 및 템퍼링 공정을 포함하는 2단계 열처리 개요를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법에서 2단계 열처리 전후 응력-변형률의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4는 발명의 일 실시예에 따른 강판의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
차량 충돌시 승객을 보호하는 충돌부재인 범퍼(Bumper), 실 사이드(Sill side) 부품들은 충돌 흡수능이 우수한 고항복의 인장강도가 1.5G급 소재를 적용하고 있다. 특히 도금재의 경우 도금포트 온도가 440~460℃ 범위이므로 항복강도를 증가시키는데 한계를 가지고 있었다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 도 2처럼 2단계 열처리 공정을 적용하여 항복강도(YP) 증가와 더불어 템퍼링 연화 효과로 연신율 또한 향상시키고자 한다. 상기 성분을 이용하여 제1 단 열처리 공정에서 오스테나이트 단상소둔에서 냉각시 온도조건(250℃~500℃)을 변경하여 도금재/비도재 생산후 제2단 열처리 공정(템퍼링)을 통하여 항복강도(YP)를 증가시킨다. 템퍼링 후 항복강도의 증가 사유는 템퍼링시 Fe5C2 형태의 니들(Needle) 타입으로 석출물이 생성되며 이 석출물로 인해 전위이동을 방해하여 항복강도가 증가된다. 또한 탄화물 석출로 기지상의 소프트닝(Softening) 현상이 발생하여 인장강도는 미미하게 감소하고 연신율은 도 3처럼 향상된다. 도 4는 최종 제품의 미세조직이며 SEM과 TEM을 이용하여 템퍼드 마르텐사이트(TM)와 템퍼드 베이나이트(TB) 분포를 확인할 수 있으며(도 4의 (a) 참조), TEM 석출물 분석시 Fe5C2 석출물이 니들(needle) 타입 형태로 형성된다(도 4의 (b) 참조). 이로써, 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 인 초고장력 강판을 개발 하였다.
종래 기술로 제조된 1.5GPa급 냉연 초고강도 강판의 경우 저항복비 한계를 가지고 있어 부품 성형시 후 충돌시 충돌흡수능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 제조방법에 따르면 인장강도 1.5GPa 급의 고항복비 (YP/TS) 75% 이상의 초고장력 냉연강판, 용융아연도금강판 및 합금화용융아연도금강판을 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 이러한 제조방법으로 자동차용 충돌부재 부품으로 사용할 경우 충돌성능이 우수한 차체 경량화를 통해 연비 개선에 기여할 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.
1. 시편의 조성
본 실험예에서는 표 1의 합금 원소 조성(단위: 중량%)을 가지는 시편들을 제공한다.
C Si Mn P S Al Cr Mo Ti B Fe
0.25 0.1 2.0 0.012 0.003 0.03 0.4 0.20 0.03 0.0025 Bal.
표 1의 합금 원소 조성은 탄소(C): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 이하 및 나머지 철(Fe)의 조성을 만족한다.
2. 공정조건 및 물성 평가
표 2는 표 1에 개시된 조성을 가지는 비교예 시편들에 대하여 다양한 2단계 열처리 공정 조건을 적용한 후의 물성을 평가한 결과를 나타낸 것이고, 표 3은 표 1에 개시된 조성을 가지는 실시예 시편들에 대하여 다양한 2단계 열처리 공정 조건을 적용한 후의 물성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 비교예1 내지 비교예10과 실시예1 내지 실시예12에서 열연조건은 동일하게 적용하였다(재가열온도:1220℃, 마무리압연온도:900℃, 권취온도:560℃).
표 1 및 표 2에서 'SS(℃)'항목은 2단계 열처리 공정 중에서 소둔 공정 온도를 의미하며, 'RCS(℃)' 항목은 2단계 열처리 공정 중에서 과시효 공정 온도를 의미하며, '템퍼링(℃)' 항목은 2단계 열처리 공정 중에서 과시효 공정 온도를 의미한다.
구분 SS
(℃)
RCS (℃) 템퍼링
(℃)
YP
(MPa)
TS
(MPa)
EL
(%)
항복비
(YP/TS)X100
R/t
비교예1 780 250 150 943 1368 5.7 69 3.0
비교예2 780 250 250 1129 1712 6.5 66 3.0
비교예3 780 500 150 1101 1695 7.2 65 3.0
비교예4 780 500 250 1117 1690 7.5 66 3.0
비교예5 780 600 150 1076 1676 7.2 64 3.0
비교예6 780 600 250 1101 1680 7.7 66 3.0
비교예7 860 600 150 1111 1706 7.9 65 3.0
비교예8 860 600 250 1105 1701 7.0 65 3.0
비교예9 840 250 300 1335 1492 5.6 89 3.4
비교예10 840 250 350 1339 1491 5.6 90 3.4
표 2를 참조하면, 비교예1 내지 비교예10은 강재에 대하여 800 ~ 860℃에서 소둔 공정을 수행하는 단계; 상기 강재에 대하여 250 ~ 500℃에서 과시효 공정을 수행하는 단계; 및 상기 강재에 대하여 150 ~ 250℃에서 템퍼링 공정을 수행하는 단계 중 어느 하나의 조건을 만족하지 못한다. 예를 들어, 비교예1 내지 비교예6은 800 ~ 860℃에서 소둔 공정을 수행하는 단계를 수행하지 못하며, 비교예5 내지 비교예8은 250 ~ 500℃에서 과시효 공정을 수행하는 단계를 수행하지 못하며, 비교예9 내지 비교예10은 150 ~ 250℃에서 템퍼링 공정을 수행하는 단계를 수행하지 못한다.
비교예1 내지 비교예10의 공정 조건을 적용한 강판은, 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 중 적어도 어느 하나의 물성을 만족하지 못한다. 예를 들어, 비교예1 내지 비교예8의 공정 조건을 적용한 강판은 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa의 물성을 만족하지 못한다. 비교예1 내지 비교예2 또는 비교예7 내지 비교예10의 공정 조건을 적용한 강판은 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa의 물성을 만족하지 못한다. 비교예1 내지 비교예8의 공정 조건을 적용한 강판은 항복비(YP/TS): 75 ~ 92의 물성을 만족하지 못한다. 비교예9 내지 비교예10의 공정 조건을 적용한 강판은 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2의 물성을 만족하지 못한다.
구분 SS
(℃)
RCS (℃) 템퍼링
(℃)
YP
(MPa)
TS
(MPa)
EL
(%)
항복비
(YP/TS)X100
R/t
실시예1 800 250 150 1230 1651 6.8 75 2.8
실시예2 800 250 250 1313 1618 7.0 81 2.8
실시예3 800 500 150 1276 1682 7.4 76 2.8
실시예4 800 500 250 1414 1594 6.4 89 3.2
실시예5 840 250 150 1394 1565 6.2 89 3.2
실시예6 840 250 250 1233 1640 7.3 75 2.8
실시예7 840 500 150 1281 1689 8.0 76 2.8
실시예8 840 500 250 1426 1574 5.5 91 3.2
실시예9 860 250 150 1369 1645 6.3 83 2.8
실시예10 860 250 250 1450 1581 5.0 92 3.2
실시예11 860 500 150 1335 1653 7.1 81 2.8
실시예12 860 500 250 1342 1631 7.5 82 2.8
표 3을 참조하면, 실시예1 내지 실시예12는 강재에 대하여 800 ~ 860℃에서 소둔 공정을 수행하는 단계; 상기 강재에 대하여 250 ~ 500℃에서 과시효 공정을 수행하는 단계; 및 상기 강재에 대하여 150 ~ 250℃에서 템퍼링 공정을 수행하는 단계의 조건을 모두 만족한다.
실시예1 내지 실시예12의 공정 조건을 적용한 강판은, 항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 의 물성을 모두 만족함을 확인할 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 (7)

  1. 탄소(C): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지되,
    항복강도(YP): 1200 ~ 1450MPa, 인장강도(TS): 1550 ~ 1700MPa, 연신율(El): 5 ~ 8%, 항복비(YP/TS): 75 ~ 92 및 굽힘가공성(R/t): 2.8 ~ 3.2 인 것을 특징으로 하는,
    강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    최종 미세 조직은 템퍼드 마르텐사이트와 템퍼드 베이나이트를 포함하되, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 상분율과 상기 템퍼드 베이나이트의 상분율의 합이 80% 이상인 것을 특징으로 하는,
    강판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 최종 미세 조직은 니들(needle) 타입 형태의 Fe5C2 석출물을 더 포함하는,
    강판.
  4. (a) 탄소(C): 0.24 ~ 0.30중량%, 규소(Si): 0.05 ~ 0.15중량%, 망간(Mn): 1.5 ~ 2.5중량%, 인(P): 0 초과 0.012중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.003중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.01 ~ 0.05중량%, 크롬(Cr): 0.35 ~ 0.45중량%, 몰리브덴(Mo): 0.15 ~ 0.25중량%, 티타늄(Ti): 0.025 ~ 0.045중량%, 붕소(B): 0 초과 0.0025중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 재가열하는 단계;
    (b) 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계;
    (c) 상기 열간 압연된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및
    (d) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 소둔, 과시효 및 템퍼링 공정을 순차적으로 수행하는 열처리 단계; 를 포함하는,
    강판의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (d)단계는,
    상기 강재에 대하여 800 ~ 860℃에서 소둔 공정을 수행하는 단계;
    상기 강재에 대하여 250 ~ 500℃에서 과시효 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 강재에 대하여 150 ~ 250℃에서 60 ~ 240분 동안 템퍼링 공정을 수행하는 단계; 를 포함하는,
    강판의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a)단계는 상기 강재를 1150 ~ 1250℃에서 재가열하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계는 마무리 압연 온도가 880 ~ 920℃, 권취온도가 500 ~ 720℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계는 50 ~ 70%의 압하율로 냉간 압연하는 단계를 포함하는,
    강판의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 소둔 공정은 오스테나이트의 단상 영역에서 수행하는 것을 특징으로 하는,
    강판의 제조방법.
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