KR20210000851A

KR20210000851A - 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20210000851A
Application number: KR1020190076072A
Authority: KR
Inventors: 유하영; 강춘구; 한성경
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-01-06
Also published as: KR102201438B1

Abstract

본 발명은 탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며 인장강도(TS): 340 ~ 590MPa, 항복강도(YS): TS x 0.6 이하, 연신율(El): 25% 이상, n값: 0.18 이상, r-bar: 1.2 이상 및 소부경화능: 30MPa 이상인 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 자동차 외판 적용 특성이 우수한 냉연강판, 합금화용융도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 외판용 강재는 차체 외관을 담당하는 부품으로, 차체 외관의 영구보존능력 향상을 위해 고강도화가 추진되어 왔다. 강재의 강도는 항복강도와 인장강도로 구분할 수 있으며, 차체 외관의 영구 보존능을 향상시키기 위해서는 강재의 탄성변형과 소성변형의 임계 응력인 항복강도가 높아야 한다. 따라서 최종적으로 제품에서는 높은 항복강도 특성을 보여야 하는 반면, 성형 중 굴곡과 같은 표면결함을 방지하기 위해 성형 전에는 낮은 항복강도를 요구하는 양면성을 갖는다.

따라서 초기 항복강도가 낮지만, 성형 중 항복강도의 증가량이 크고, 도장 소부 중 소부경화능이 우수하여 최종 제품에서의 항복강도가 높은 이상조직강의 외판 적용이 확대되고 있다. 이상조직강은 페라이트 기지에 경질의 마르텐사이트가 포함된 복합조직강으로 외판재에 적합한 항복강도 특성을 가질 뿐만 아니라, 내시효특성이 우수하여 기존에 극저탄소강으로 제조된 소부경화강에 비해 우수한 점들을 많이 보유하고 있다. 또한 가공경화지수가 높아 단순한 장출 성형에서는 우수한 특성을 보이는 장점을 가지고 있다. 그러나 소부경화강과 달리 저탄소강으로 제조되어 면내이방성(r값)이 낮아 드로잉성이 열위한 특성을 보여 단순한 형태의 부품에 한정되는 한계가 있다. 따라서 고강도 외판의 적용은 후드, 도어와 같은 단순한 형태의 외판 부품에만 적용이 되어 왔으며, 그 외에 휀더, 트렁크리드와 같은 부품은 극저탄소강으로 제조된 소부경화강이 지속적으로 사용되어 왔다. 따라서 차체 외판의 전반적인 영구 보존능 향상을 위해 이상조직강의 성형성 개선이 필요하다.

한편, 높은 내식성이 요구되는 자동차용 강판은 내식성이 우수한 용융아연도금이 사용되어 왔다. 또한, 용융아연도금 이후에 다시 열처리 공정을 추가한 합금화용융아연도금강판은 우수한 내식성에 추가로 용접성이나 성형성도 우수하다는 점에서 널리 사용되고 있다.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제2012-0001877호가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상조직강 생산 시 드로잉성을 향상시킬 수 있는 성분범위 및 제강/연주/열연/냉연 제조공정을 통한 고강도 냉연강판 및 합금화용융아연도금강판과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 상기 강판은 인장강도(TS): 340 ~ 590MPa, 항복강도(YS): TS x 0.6 이하, 연신율(El): 25% 이상, n값: 0.18 이상, r-bar: 1.2 이상 및 소부경화능: 30MPa 이상일 수 있다.

상기 강판의 최종 미세 조직은 마르텐사이트와 페라이트를 포함할 수 있다.

상기 강판에서, 상기 실리콘의 중량비 [Si] 및 상기 알루미늄의 중량비 [Al]의 관계식은 5 ≤ 100 x [Si] + 10 x [Al] ≤ 12 을 만족할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 제조방법은 (a) 탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계; (b) 상기 강재를 열간 압연하는 단계; (c) 상기 열간 압연된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및 (d) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 상소둔 및 연속소둔을 순차적으로 수행하는 열처리 단계; 를 포함한다.

상기 강판의 제조방법에서, 상기 (b) 단계는 재가열온도가 1150℃ 이상이고, 마무리 압연 온도가 800 ~ 970℃, 권취온도가 400 ~ 580℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계는 60 ~ 80%의 압하율로 냉간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 강판의 제조방법에서, 상기 (d) 단계는 600 ~ 750℃에서 6시간 이상 상소둔하고, 760 ~ 840℃에서 60초 이상 연속소둔하는 공정을 포함하되, 상기 연속소둔은 이슬점 온도가 -40℃이하에서 60초 이상 유지하는 조건에서 수행될 수 있다.

상기 강판의 제조방법에서, 상기 (d) 단계 이후에, 상기 열처리 단계를 수행한 강재에 대하여 460 ~ 480℃에서 과시효 처리를 수행하는 단계; 상기 강재를 450 ~ 470℃에서 10초 이상 용융아연도금 처리를 수행하는 단계; 및 상기 강재를 -20℃/s의 냉각속도로 250℃ 이하의 온도로 급랭 처리를 수행하는 단계;를 순차적으로 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자동차 외판 적용 특성이 우수한 냉연강판, 합금화용융도금강판 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 실험예 중 색차성 스케일을 평가하는 방법을 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실험예 중 열연재 표면 색차성 스케일을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 강재의 집합조직을 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 강재의 r값을 비교한 그래프이다.

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 자동차 외판 적용 특성이 우수한 냉연강판, 합금화용융도금강판 및 그 제조방법으로서, 구체적으로 이상조직강 생산 시 드로잉성을 향상시킬 수 있는 성분범위 및 제강/연주/열연/냉연 제조공정을 통한 고강도 냉연강판 및 합금화용융아연도금강판과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이상조직강은 페라이트 기지에 경질의 마르텐사이트 조직을 부여하여 제조하는데, 마르텐사이트 형성 시 페라이트 조직과 마르텐사이트 조직의 경계에 생성되는 높은 전위(Dislocation) 밀도는 이상조직강의 고유 물성인 저항복비 특성과 내시효성이 나타나게 되는 기구(Mechanism)가 된다. 이때 마르텐사이트 분율의 증가에 따라 소재 강도가 증가하는 특성을 갖기 때문에, 외판재 변형특성을 고려하여 적정 수준의 마르텐사이트 조직 분율 제어가 필요하다. 이상조직강은 저항복비, 내시효성, 우수한 소부경화능 특성을 보여 자동차용 외판재로 우수한 특성을 보이나, 낮은 면내이방성을 보여 드로잉 변형을 포함하는, 외판 부품에 적용에 한계가 있다. 따라서 이상조직강의 외판 적용성을 향상시키기 위해서는 면내이방성을 향상 시킬 필요가 있다.

자동차용 외판재는 제강, 연주 공정을 통해 생산된 슬라브를, 최종 제품의 두께로 열간압연 및 냉간압연 한 뒤 적정온도에서 소둔 열처리를 하여 제조하게 되며, 상기 열처리 공정은 연속소둔(Continuous Annealing Line)과 상소둔(Box annealing furnace)공정으로 구분 될 수 있다. 마르텐사이트 조직은 오스테나이트 조직을 급냉 시 탄소의 확산이 제한되어 생성되는 경질의 무확산 변태 조직으로 소둔 과정에서 모조직인 오스테나이트과 페라이트로 이상분리가 되어야 한다.

따라서 소둔 과정에서 효과적으로 이상분리를 하기 위해 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si)과 같은 합금원소가 다량 첨가되며, 마르텐사이트 조직 형성을 위한 탄소(C)가 일정수준 함유되어 있어야 한다. 이러한 성분 원소는 드로잉성이 우수한 {111}//ND 집합조직의 형성을 방해하며, 짧은 열처리 시간 특성을 같은 연속소둔라인의 특성상 마르텐사이트 조직 형성을 위해 이상분리과정을 거쳐야 하기 때문에 통상적인 방법으로는 이상조직강의 드로잉성을 향상시키는데 한계가 있다.

이상조직강의 경우 탄소성분을 하향 협폭 관리 하고 Mo, Cr과 같은 고가의 원소를 다량 첨가하여 드로잉성을 향상 시킬 수 있으나 합금원가의 증가와 함께 제조 난이도가 급격히 증가하여 양산화에 어려운 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 냉간압연 이후 열처리 과정에서 집합조직을 발달시키는 공정과 마르텐사이트를 형성시키는 공정을 구분하여 이상조직강의 드로잉성을 향상시키는 공정 기법과 이에 적합한 성분계를 제시하고자 한다. 또한, 상기 성분계를 가지는 강재에 대하여 열연 및 냉연 공정을 거친 후에 상소둔 및 연속소둔을 순차적으로 수행하는 열처리 단계를 수행하는 제조방법을 제시하고자 한다. 본 발명은 동일 원자재를 활용하여 부품 용도에 따라 공정을 별도로 운영하여 일반적인 이상조직강과 고 면내이방성(r값) 소재를 동시에 생산 가능하기 때문에 양산라인에서 소재 운용이 우수한 특성을 갖는다.

본 발명을 통한 강종재질 목표 및 이를 구현하기 위한 대표적인 기술적 요소는 성분, 열연온도조건, 소둔 이전의 중간열처리 공정 조건으로 구성된다. 본 발명을 통해 이루고자 하는 제품의 특성은 인장강도(TS): 340 ~ 590MPa, 항복강도(YS): TS x 0.6 이하, 연신율(El): 25% 이상, n값: 0.18 이상, r-bar: 1.2 이상, 소부경화능: 30MPa 이상 및 내시효 보증: 1년 이상이다.

상기의 제품 특성은 외판재의 성형품질을 고려한 저항복비, 연신율 및 면내 이방성 특성과 최종 제품의 영구변형저항 특성을 향상시키기 위한 가공경화지수 및 소부경화능으로 구성되어 있으며, 성형전 항복점 연신이 없어야 한다. 마지막으로 시효에 의한 제품의 재질변화와 상항복 발생에 의한 제품특성 유지를 위한 내시효성을 포함하고 있다. 또한, 본 발명에서는 냉연 및 소둔 공정 이후 도금 공정에 대한 제조방법도 제시하고자 한다. 본 발명을 통해 이루고자 하는 자동차 외판용 강재의 도금특성은 미드(mid)부 전단시험 후 도금 박리가 발생하지 않으며, 감마(Γ)층 두께가 0.7㎛ 이하이다. 상기의 도금 특성은 외판재의 표면 품질을 고려하여 외판 성형시 발생할 수 있는 도금박리 발생여부와 도금박리 원인이라고 추정되고 있는 감마(Γ)층 두께를 기준으로 포함하고 있다. 상기 기능을 만족시키기 위한 기술적 구성 요소는 성분, 열연공정, 소둔 및 도금 공정에서 기존 제품과 차이점을 가지고 있다.

강판

본 발명의 일 실시예에 따르는 강판은 탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 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 담금질시 마르텐사이트 조직을 형성시킨다. 나아가, 철, 크롬, 몰리브덴 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성, 강도와 경도를 향상시킨다. 본 발명에서 강 중 탄소함량은 경질조직인 마르텐사이트 조직을 확보하기 위한 필수원소로 제품 인장강도 특성에 따라 0.01 ~ 0.06중량%까지 첨가하여 제조한다. 탄소의 함량이 전체 중량의 0.01중량% 미만일 경우에는 상술한 효과를 구현할 수 없으며 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 한편, 단순히 마르텐사이트 조직을 확보하고, 인장강도를 확보하기 위해서는 더 많은 량의 탄소량 첨가가 가능하나, 잉여탄소량 증가에 따른 항복강도 증가와 집합조직의 열화에 따른 면내이방성 감소를 방지하기 위해 함량의 상한치를 0.06중량%로 제한함이 바람직하다. 또한, 탄소의 함량이 전체 중량의 0.06중량%를 초과할 경우에는 용접 특성에서 열위성이 나타날 수 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 일부는 강속에 고용되며 일부는 강중에 함유된 황과 결합하여 비금속개재물인 MnS를 형성하는데 이 MnS는 연성이 있어서 소성가공시 가공방향으로 길게 연신된다. 그러나 Mns의 형성으로 강속에 있는 황성분이 감소하면서 결정립이 취약해지고 저융점화합물인 FeS의 형성을 억제시킨다. 본 발명에서 망간은 냉간 압연 후 소둔과정에서 마르텐사이트 조직의 모조직을 형성하는 오스테나이트 조직을 구현하기 위한 필수 원소로 인강강도에 목표에 따라 1.0 ~ 2.0중량%까지 첨가를 하여 제조한다. 망간의 함량이 1.0중량% 보다 작을 경우, 상술한 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 잉여 망간 증가에 따른 불필요한 집합조직의 열화 현상을 방지하기 위해 2.0중량% 이하로 망간의 함량을 제한함이 바람직하다. 또한, 망간의 함량이 2.0중량%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. 본 발명에서 인은 인장강도와 항복강도를 동시에 증가시키는 고용강화 원소로 인장강도 및 항복강도를 보완하기 위해, 또는 집합조직 개선을 위해 일부 첨가가 가능하다. 그러나 그 함량 증가 시 항복강도 증가에 따른 저항복 특성의 열화와 상소둔 과정에서의 입계 편석에 따라 저온취성을 발생 시킬 수 있으므로, 0.01 ~ 0.08중량%로 함량을 제한한다. 또한, 인의 함량이 0.08중량%를 초과하는 경우에는 용접부가 취화되고 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. 본 발명에서 황은 MnS를 형성하여 소입원소인 Mn의 첨가 효과를 감소시키며 함량 증가에 따라 개재물, 석출물이 증가하여 성형성에 영향을 미치므로 강판의 전체 중량의 0 초과 0.01중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 황의 함량이 0.01중량%를 초과할 경우, MnS 개재물 수가 증가하여 가공성이 열위되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)

본 발명의 일 실시예에 의한 강판에서, 무확산 변태조직인 마르텐사이트 조직은 오스테나이트 조직의 급냉에 의해 제조된다. 양산라인의 한계로 냉각속도에 한계가 있으며, 이 과정에서 확산에 의해 항복강도는 높고, 상대적으로 인장강도는 낮은 베이나이트 조직이 발생하게 된다. 베이나이트 조직이 발생할 경우 본 발명에서 구현하고자 하는 저항복비의 강종을 만들 수가 없게 된다. 따라서 냉각 과정에서 확산조직 형성 억제를 위한 소입 원소를 필요로 하게 된다. 따라서, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)을 첨가하며, 두 성분의 합이 0.3 ~ 1.0중량%가 되도록 첨가한다. 크롬과 몰리브덴의 함량의 합이 0.3중량% 미만일 경우에는 상술한 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬과 몰리브덴의 함량의 합이 1.0중량%를 초과하여 과다하게 첨가될 경우에는 연성이 저하되며 도금성을 저해하는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

본 발명을 구현하기 위한 소둔 공정은 드로잉성을 향상시키는 {111}//ND 집합조직을 향상시키기 위한 상소둔 공정과 인장강도 및 저항복비 구현, 내시효성 확보를 위한 연속소둔 공정으로 이루어져 있다. 알루미늄은 본 발명을 구현하기 위한 핵심 원소로 첨가되어 두 가지 역할을 한다. 첫째, 상소둔 과정에서 상변화가 발생하게 되면 집합조직의 무질서화가 발생하여 {111}//ND 집합조직의 발달이 저해 된다. 이때 Al을 첨가하면 모조직인 페라이트에서 오스테나이트로 변태되는 상변화 온도가 증가하여 상소둔 과정에서 안정적인 {111}//ND 집합조직을 발달시킬 수 있도록 하는 역할을 한다. 둘째, 상소둔 과정에서의 {111}//ND 집합조직 발달은 AlN 석출 시 생성되는 {111}//ND 집합조직의 핵과 그 성장에 기인한다. 따라서 {111}//ND 집합조직 형성을 위해 Al은 필수 첨가 원소로 작용하게 된다. 따라서 Al은 0.04중량% 이상 첨가하여 제조된다. 그러나 그 함량이 너무 많아 0.5중량%를 초과하는 경우 마르텐사이트 조직을 구현하기 위한 연속소둔 과정에서 오스테나이트 조직 생성을 지연 시켜 소둔온도가 급격히 증가하게 되어 양산라인에서의 마르텐사이트 조직 구현이 어려워진다. 또한 Al₂O₃과 같은 비금속 개재물이 증가하여 개재물에 응력집중에 의해 성형성에 열화가 발생하므로 함량을 0.04 ~ 0.5중량%로 제한 한다.

질소(N)

상기한 1차 소둔 공정인 상소둔 공정에서 AlN의 형성은 {111 }//ND 집합조직 발달을 유도하여 강재의 면내이방성 및 딥드로잉성을 향상시키는 구동력이 된다. 따라서 강 중 질소가 반드시 포함 되어야 한다. 다만, 강 중 잉여 질소가 너무 많을 경우 AlN이 조대화 되어 성형성이 열화 되기도 하므로 그 함량을 0.002 ~ 0.008중량%로 제한한다.

실리콘(Si)

본 발명은 자동차 강판에서의 내식성 향상을 위한 용융아연도금기술을 적용할 수 있다. 이 때, 실리콘(Si)은 다음과 같은 두 가지 특징을 갖는다. 첫째, 실리콘이 0.1중량%를 초과하여 첨가되면 상소둔 과정 중에서 표면산화에 의해 템퍼칼라(TEMPER COLOR) 및 열연 공정 중 난산세성 페욜라이트(Fayolite)에 의한 붉은형 스케일 발생하면서 표면 결함을 야기한다. 붉은형 스케일 결함은 열연 표면 결함 검출장치내에서 열연판 길이방향으로 50m 간격으로 평점을 평가하여 평균을 내고, 0.3점을 초과하는 경우 냉연 소둔 후 도금 합금화 색차 결함이 발생한다고 판단하였다. 반면, 둘째로 실리콘(Si)이 0.01중량% 미만 첨가되면 합금화 공정 중 과합금에 의해 도금박리 경향이 증가하는데, 이 때 강재에 Al을 적정량 첨가하면 합금화 속도의 적절한 제어가 가능하다. 본 발명의 실험 결과에 의하면 Al과 Si 함량의 관계식에 따라 합금화 품질을 적절히 제어 가능하며 표면품질이 우수한 자동차용 강재를 개발할 수 있다. 따라서, 본 발명에서의 Si은 0.01 ~ 0.1중량% 범위로 관리하되 아래와 같은 Al과 Si 함량의 관계식에 따라 Al의 첨가가 필요하다.

5 ≤ 100 × [Si] + 10 × [Al] ≤ 12

이 때, 이러한 Si과 Al 함량의 관계식에 따라 표면에 생성되는 감마(Γ)층 두께에 차이가 발생하는데 감마(Γ)층 두께가 0.7㎛를 초과할 경우 도금박리가 발생할 수 있기 때문에 감마(Γ)층 두께를 적절히 0.7㎛ 이하로 형성하는 것이 중요하다. 이 때, 도금박리 발생 여부는 미드(Mid)부 전단시험 후 도금 박리 발생 비율 시험방법을 통해 평가한다. 시험 조건은 비드 3mm, drawing 높이 66mm, Blank 압력 0.5톤 조건으로 평가하며, 평가 후, 도금박리 발생시 외판용 자동차 강판 사용이 불가하다고 판단하였다.

상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판은 냉연강판 또는 합금화용융아연도금강판으로서 최종 미세 조직은 마르텐사이트와 페라이트를 포함할 수 있다.

상기 강판은 인장강도(TS): 340 ~ 590MPa, 항복강도(YS): TS x 0.6 이하, 연신율(El): 25% 이상, n값: 0.18 이상, r-bar: 1.2 이상 및 소부경화능: 30MPa 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): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계(S100); (b) 상기 강재를 열간 압연하는 단계(S200); (c) 상기 열간 압연된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계(S300); 및 (d) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 상소둔 및 연속소둔을 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 (b)단계(S200)는 재가열온도가 1150℃ 이상이고, 마무리 압연 온도가 800 ~ 970℃, 권취온도가 400 ~ 580℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 핵심요소는 1차 소둔인 상소둔 과정에서 AlN이 석출될 수 있도록 하여, 이에 따른 {111}//ND 집합조직을 증가시켜 성형성을 확보하는 공정과 마르텐사이트를 형성시켜 강도, 저항복비, 내시효성을 확보하는 소둔 공정을 분리시킴에 있다. 이를 구현하기 위해서 열간압연 중 AlN의 석출을 억제하고, 1차 소둔과정에서 AlN이 석출될 수 있는 열연 조건의 설정이 필요하다. 따라서 본 발명을 구현하기 위하여 강재를 1150℃이상의 온도에서 1시간 이상 재가열하여 AlN이 재용해하여 강 중 고용상태로 유지되도록 하며 이를 열간압연 후 권취 시에 580℃이하로 냉각하여 권취하고 AlN의 석출을 최대한 억제할 필요가 있다. 다만 권취 온도가 너무 낮을 경우 코일 형상불량, 피팅(Pitting)에 의한 표면결함이 발생 할 수 있으므로 400 ~ 580℃에서 권취함이 바람직하다. 한편, 마무리 압연 온도(FDT)는 최종 재질에 미치는 매우 중요한 인자로 800 ~ 970℃에서의 압연은 오스테나이트를 미세화할 수 있는 온도이다. 그러나, 열간 압연 온도가 800℃ 보다 낮으면 압연 시 압연 부하가 증가되고 에지(EDGE)부 혼립 조직이 발생할 수 있다. 또한 970℃를 넘는 고온영역의 압연은 결정립 조대화로 목표 기계적 성질을 얻을 수 없다.

상기 (c)단계(S300) 후 압연조직은 1차 소둔인 상소둔 과정에서 재결정의 구동력이 된다. 통상적인 IF 극저탄소강에서는 냉간압하율 증가에 따라 {111}//ND 집합 조직이 발달하나, 본 발명에서는 강중 탄소 및 고용원소가 많아 냉간압연 중 재결정 이후 집합조직을 열화시키는 전단띠가 결정립 내에 증가하게 되어 냉간압하율이 너무 증가할 경우 오히려 역효과를 나타내게 된다. 따라서 냉간 압하율을 60 ~ 80% 이내로 제한한다.

상기 (d) 단계(S400)는 600 ~ 750℃에서 6시간 이상 상소둔하고, 760 ~ 840℃에서 60초 이상 연속소둔하는 공정을 포함하되, 상기 연속소둔은 이슬점 온도가 -40℃이하에서 60초 이상 유지하는 조건에서 수행될 수 있다. 한편, 상기 (d) 단계(S400) 이후에, 상기 열처리 단계를 수행한 강재에 대하여 460 ~ 480℃에서 과시효 처리를 수행하는 단계; 상기 강재를 450 ~ 470℃에서 10초 이상 용융아연도금 처리를 수행하는 단계; 및 상기 강재를 -20℃/s의 냉각속도로 250℃ 이하의 온도로 급랭 처리를 수행하는 단계;를 순차적으로 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 1차 소둔(상소둔) 공정은 강재의 성형성을 확보하는 공정으로 집합조직 발달에 기여하는 공정이다. 이때 AlN이 석출 될 수 있도록 600℃ 이상에서 소둔이 필요하다. 그러나 1차 소둔 공정 시 소둔 온도가 너무 높을 경우 상변화가 발생하여 {111}//ND 집합조직 발달이 열화 되며, 결정립도가 성장하여 2차 소둔과정에서 마르텐사이트의 모조직인 오스테나이트 조직 형성이 지연되므로, 그 온도를 750℃ 이하로 제한한다. 이때 열처리 시간은 통상 적인 상소둔 공정을 따르되, 600 ~ 750℃에서 최소 6시간 이상 열처리됨이 바람직하다.

2차 소둔(연속소둔) 공정은 강재의 강도 및 저항복비 특성 및 내시효성을 확보하는 공정으로 인장강도를 기준으로 40K급에 대하여 3~4% 대의 마르텐사이트 분율을 45K급에 대하여 4~8%, 50K급에 대하여 8~12%대, 60K급에 대하여 12~16%대 마르텐사이트 분율을 확보함이 바람직하다. 이를 만족하기 위해 2차 소둔온도는 760 ~ 840℃ 구간에서 행해지며, 오스테나이트 분율 확보와 탄소 재분배를 위하여 해당구간에서 60초 이상 소둔 되어야 한다. 또한, 연속소둔 공정에서는 도금제품을 생산하기 위해 용융아연도금을 함께 실시한다. 먼저 소둔 공정 이후, 도금욕 인입온도를 조절하는 목적 또는 과시효 구간 중 항복강도가 높은 베이나이트 조직 형성을 억제하기 위해 460 ~ 480℃ 이상 온도로 과시효 구간을 통과함이 바람직하다. 또한 외판재로 표면 품질이 우수해야 하므로 1차 소둔 과정에서 에지부 산화에 의한 색차 결함을 방지하기 위해 2차 소둔 전/후로 환원분위기를 만들어 주어 표면 산화 부분을 제거함이 바람직하며, 이를 구현하기 위해 로내 이슬점 온도는 -40℃ 이하로 유지를 하며, 해당 이슬점 온도에서 최소 60초 이상 유지 될 필요가 있다. 또한, 해당 소둔판을 450 ~ 470℃ 로 가열하여 10초 이상 용융아연도금을 실시하며, 도금의 합금화를 목적으로 추가 합금화열처리를 실시하여 합금화용융아연도금층을 형성할 수 있다. 또한, 도금 이후에 -20℃/sec.로 250℃이하의 온도로 급냉하여 확산을 억제하여 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 만들어야 한다. 또한 마르텐사이트 형성 시 조질 압연에 따라 항복강도가 크게 증가하여 성형 중 형상불량이 발생할 수 있으므로 형상제어와 요구수준의 항복강도를 동시에 확보하기 위해 조질압연 압하율을 0.8%이하로 제한할 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 화학조성 및 제조조건

본 실험예에서는 표 1의 합금 원소 조성(단위: 중량%)을 가지는 시편들을 제공한다. 표 1에서 Eq(1)은 상기 실리콘의 중량비 [Si] 및 상기 알루미늄의 중량비 [Al]의 관계식으로서 100 x [Si] + 10 x [Al]에 해당하며, SRT(℃)는 재가열온도이며, CT(℃)는 권취온도에 해당한다.

	C	Si	Mn	P	S	Al	Eq(1)	Mo	Cr	N	SRT(℃)	CT(℃)	1차 소둔	2차 소둔
실시예1	0.025	0.030	1.6	0.03	0.003	0.3	6	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
실시예2	0.035	0.030	1.6	0.03	0.003	0.3	6	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
실시예3	0.060	0.030	1.6	0.03	0.003	0.3	6	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
실시예4	0.025	0.030	1.6	0.03	0.003	0.2	5	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
실시예5	0.025	0.030	1.6	0.03	0.003	0.5	8	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
비교예1	0.025	0.015	1.6	0.03	0.003	0.3	4.5	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
비교예2	0.025	0.100	1.6	0.03	0.003	0.3	13	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
비교예3	0.025	0.120	1.6	0.03	0.003	0.3	15	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
비교예4	0.025	0.110	1.6	0.03	0.003	0.2	13	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
비교예5	0.025	0.015	1.6	0.03	0.003	0.2	3.5	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
비교예6	0.025	0.030	1.6	0.03	0.003	0.3	6	0.05	0.5	0.004	1200	560	미실시	실시
비교예7	0.025	0.030	1.6	0.03	0.003	0.3	6	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	미실시
비교예8	0.005	0.030	1.6	0.03	0.003	0.3	6	0.05	0.5	0.004	1200	560	실시	실시
비교예9	0.025	0.030	0.8	0.03	0.003	0.3	6	0.01	0.01	0.004	1200	560	실시	실시

표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예1 내지 실시예5는 탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 및 나머지가 철(Fe)인 조성을 만족하며, 상기 실리콘의 중량비 [Si] 및 상기 알루미늄의 중량비 [Al]의 관계식은 5 ≤ 100 x [Si] + 10 x [Al] ≤ 12 을 만족하며, 600 ~ 750℃에서 6시간 이상 상소둔(1차 소둔)하고, 760 ~ 840℃에서 60초 이상 연속소둔(2차 소둔)하는 공정을 적용하였다.

이에 반하여, 본 발명의 비교예1 내지 비교예5는 실리콘의 중량비 [Si] 및 알루미늄의 중량비 [Al]의 관계식이 5 ≤ 100 x [Si] + 10 x [Al] ≤ 12 을 만족하지 못한다. 또한, 비교예3 및 비교예5는 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%의 조성범위를 만족하지 못하며, 비교예8은 탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%의 조성범위를 만족하지 못하며, 비교예9는 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%의 조성범위를 만족하지 못하며, 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%인 범위를 만족하지 못한다. 한편, 비교예6 및 비교예7은 상소둔(1차 소둔) 및 연속소둔(2차 소둔)을 순차적으로 수행하는 조건을 만족하지 못하였다.

2. 재질 평가 및 표면품질 평가

표 2는 표 1에 개시된 조성과 공정조건을 적용한 시편들에 대하여 재질과 표면품질을 평가한 결과를 나타낸 것이다.

	YP	TS	YR	상항복	El	n값	r-bar	BH	도금 박리 발생 비율	Г (gamma) 층 두께	붉은형 스케일 평가 결과
실시예1	230	442	0.52	-	36%	0.21	1.43	41	미발생	0.55	Pass
실시예2	262	497	0.53	-	35%	0.21	1.38	45	미발생	0.58	Pass
실시예3	332	590	0.56	-	27%	0.19	1.28	53	미발생	0.54	Pass
실시예4	233	419	0.56	-	39%	0.21	1.37	45	미발생	0.55	Pass
실시예5	253	462	0.55	-	37%	0.21	1.32	44	미발생	0.42	Pass
비교예1	226	438	0.52	-	36%	0.20	1.43	44	발생	0.78	Pass
비교예2	233	419	0.56	-	39%	0.20	1.36	51	미발생	0.35	Non Pass
비교예3	255	455	0.56	-	35%	0.20	1.39	59	미발생	0.38	Non Pass
비교예4	262	460	0.57	-	35%	0.20	1.37	48	미발생	0.36	Non Pass
비교예5	226	438	0.52	-	36%	0.20	1.43	44	발생	0.74	Pass
비교예6	238	441	0.54	-	37%	0.20	0.97	44	미발생	0.62	Pass
비교예7	253	372	0.68	유	41%	0.23	1.48	28	미발생	0.54	Pass
비교예8	214	324	0.66	유	39%	0.21	1.72	30	미발생	0.53	Pass
비교예9	219	330	0.66	유	41%	0.22	1.68	29	미발생	0.58	Pass

표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예1 내지 실시예5는 인장강도(TS): 340 ~ 590MPa, 항복강도(YS): TS x 0.6 이하, 항복비(YR): 0.6 이하, 연신율(El): 25% 이상, n값: 0.18 이상, r-bar: 1.2 이상 및 소부경화능(BH): 30MPa 이상의 재질을 만족하며, 도금 박리가 발생하지 않았으며, 감마(Γ)층 두께가 0.7㎛ 이하이며, 붉은형 스케일 평가를 통과하였다.

이에 반하여, 비교예7 내지 비교예9는 항복비(YR): 0.6 이하인 재질을 만족하지 못하며, 상항복이 발생하였다. 비교예6은 r-bar: 1.2 이상인 재질을 확보하지 못하며, 비교예7 및 비교예9는 소부경화능(BH): 30MPa 이상의 재질을 확보하지 못한다. 또한, 비교예1 및 비교예5는 도금 박리가 발생하며, 감마(Γ)층 두께가 0.7㎛를 초과하였다. 한편, 비교예2 내지 비교예4는 붉은형 스케일 평가를 통과하지 못하였다.

도 2는 본 발명의 실험예 중 색차성 스케일을 평가하는 방법을 도해하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실험예 중 열연재 표면 색차성 스케일을 촬영한 사진이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실험예에서 붉은형 스케일 평가는 열연재 길이방향(약 1000m) 내 50m 간격으로 SDD(Surface Defect Detector) 카메라로 확인하였다. 각 위치 별로 색차성 스케일 여부를 확인하여 위치별 평점 및 평균을 평가하였다. 평균 0.3점 초과 시 냉연 도금 색차성 결함 발생 가능성이 높다고 볼 수 있다.

도 4는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 강재의 집합조직을 비교한 도면이다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 본 발명의 비교예에 따른 강재로서 냉연 공정 후 연속소둔 처리만 수행한 강재의 집합조직을 나타낸 것이며, 도 4의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 강재로서 냉연 공정 후 상소둔 및 연속소둔 처리를 수행한 강재의 집합조직을 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 강재는, 비교예와 달리, 안정적인 {111}//ND 집합조직이 발달된 것을 확인할 수 있으며, 집합조직의 열화에 따른 면내이방성 감소를 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 강재의 r값을 비교한 그래프이다. 구체적으로, 본 발명의 비교예에 따른 강재는 냉연 공정 후 연속소둔 처리만 수행한 강재이며, 본 발명의 실시예에 따른 강재는 냉연 공정 후 상소둔 및 연속소둔 처리를 수행한 강재이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 강재는, 비교예와 달리, r값이 상대적으로 높음을 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

탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지되,
인장강도(TS): 340 ~ 590MPa, 항복강도(YS): TS x 0.6 이하, 연신율(El): 25% 이상, n값: 0.18 이상, r-bar: 1.2 이상 및 소부경화능: 30MPa 이상인 것을 특징으로 하는,
강판.
제 1 항에 있어서,
최종 미세 조직은 마르텐사이트와 페라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
강판.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘의 중량비 [Si] 및 상기 알루미늄의 중량비 [Al]의 관계식은 5 ≤ 100 x [Si] + 10 x [Al] ≤ 12 을 만족하는,
강판.
(a) 탄소(C): 0.01 ~ 0.06중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 2.0중량%, 인(P): 0.01 ~ 0.08중량%, 황(S): 0 초과 0.01중량% 이하, 실리콘(Si): 0.01 ~ 0.1중량%, 알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo): 크롬과 몰리브덴의 중량% 합이 0.3 ~ 1.0중량%, 질소(N): 0.002 ~ 0.008중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계;
(b) 상기 강재를 열간 압연하는 단계;
(c) 상기 열간 압연된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계; 및
(d) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 상소둔 및 연속소둔을 순차적으로 수행하는 열처리 단계; 를 포함하는,
강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 재가열온도가 1150℃ 이상이고, 마무리 압연 온도가 800 ~ 970℃, 권취온도가 400 ~ 580℃인 조건으로 열간 압연하는 단계를 포함하고,
상기 (c) 단계는 60 ~ 80%의 압하율로 냉간 압연하는 단계를 포함하는,
강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (d) 단계는 600 ~ 750℃에서 6시간 이상 상소둔하고, 760 ~ 840℃에서 60초 이상 연속소둔하는 공정을 포함하되,
상기 연속소둔은 이슬점 온도가 -40℃ 이하에서 60초 이상 유지하는 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
강판의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (d) 단계 이후에,
상기 열처리 단계를 수행한 강재에 대하여 460 ~ 480℃에서 과시효 처리를 수행하는 단계; 상기 강재를 450 ~ 470℃에서 10초 이상 용융아연도금 처리를 수행하는 단계; 및 상기 강재를 -20℃/s의 냉각속도로 250℃ 이하의 온도로 급랭 처리를 수행하는 단계;를 순차적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
강판의 제조방법.