KR20210079720A - 합금화용융아연도금 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

일 관점에 따른 합금화용융아연도금 강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5%, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B): 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 조압연 후 마무리 압연하여 열연 강판을 얻는 단계, 열연 강판을 권취 온도까지 냉각한 후 권취하는 단계, 강판을 냉간압연하여 냉연 강판을 얻는 단계, 냉연 강판을 소둔 및 냉각하는 단계, 및 냉각된 강판을 합금화 열처리하는 단계를 포함하되, 열연 강판 코일의 길이방향에서 조압연 온도의 최고지점인 RDTmax와, 조압연 롤을 통과하여 생성되는 바(bar)의 두께(t)로 표현되는 다음의 식 1의 값이 0.5 이하가 되도록 제어한다.

Description

합금화용융아연도금 강판 및 그 제조방법{Alloyed hot dip galvanized steel sheet and manufacturing method thereof}
본 발명은 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 외장부품에 적합한 합금화용융아연도금 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 산업은 경쟁이 심화됨에 따라 자동차 품질에 대한 고급화, 다양화 요구가 높아지고 있으며, 강화되고 있는 안전 및 환경규제에 대한 법규를 만족시키기 위해 강판의 강도를 증가시키고 무게를 줄여 연비 효율을 향상시키기 위한 노력을 계속하고 있다. 최근 철강업계 및 자동차 업계가 관심을 가지고 연구하는 분야는 고강도, 경량화에 집중되고 있으며, 자동차 디자인이 복잡해지고 소비자의 욕구가 다양화됨에 따라 고강도이면서 가공성과 성형성이 우수한 강을 요구하고 있다.
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 페라인트 기지에 경질의 마르텐사이트가 포함된 복합조직강으로 외판재에 적합한 항복강도 특성을 가질 뿐만 아니라, 내시효특성이 우수하여 기존에 극저탄소강으로 제조된 소부경화강에 비해 우수한 점들을 많이 보유하고 있다. 이러한 이상조직강은 주로 내식성 및 용접성이 우수한 합금화용융아연도금 처리를 하여 사용하고 있다. 하지만, 이처럼 고강도를 나타내는 이상조직강의 경우, 열간 압연 단계에서 표면에 롤 이물성 결함이 잔존함에 따라 표면결함인 열간 압연롤성 결함(mill flaw)이 발생하는 문제점이 있다. 이러한 열간 압연롤성 결함은 최종 냉연제품에서 합금화 공정중에 색차를 발생시키게 되고, 외판용 소재에서 치명적인 1~3mm 사이즈의 미세한 표면결함을 야기시키는 문제가 있다. 해당 결함을 개선하기 위해, 도금 공정 조건(합금화 온도 등)을 변경하는 경우, 과합금화에 따른 도금 불량등의 결함이 추가로 발생할 수 있어, 도금 및 열처리 공정 이전 소재를 개선함으로써, 표면결함을 개선하는 방안이 필요하다. 이에 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제2018-0030184호(2018.03.21 공개, 고성형성 2상 강)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열간 압연 및 합금화 열처리의 공정조건을 제어함으로써 이상조직강 생산시 열간 압연롤성 결함에 의한 표면결함을 억제한 자동차 외판 적용 특성이 우수한 합금화용융아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 따른 합금화용융아연도금 강판은 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5%, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B): 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어진 이상조직을 가지며, 표면 결함 평점이 0점 이하, 감마(Γ) 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께가 4.5mm 이하로 제어된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점에 따른 합금화용융아연도금 강판의 제조방법은, (a) 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5%, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B): 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 조압연 후 마무리 압연하여 열연 강판을 얻는 단계; (b) 상기 열연 강판을 권취 온도까지 냉각한 후 권취하는 단계; (c) 상기 강판을 냉간압연하여 냉연 강판을 얻는 단계; (d) 상기 냉연 강판을 소둔 및 냉각하는 단계; 및 (e) 냉각된 상기 강판을 합금화 열처리하는 단계를 포함하되, 열연 강판 코일의 길이방향에서 조압연 온도의 최고지점인 RDTmax와, 조압연 롤을 통과하여 생성되는 바(bar)의 두께(t)로 표현되는 다음의 복합식 1의 값이 0.5 이하가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
[복합식 1]
복합식 = - 39.1 + 0.0475 * RDT max - 3.56 * t
상기 (a) 단계에서, 상기 조압연 온도(RDT)는 970 ~ 1,050℃로 제어하는 것이 바람직하다.
상기 (e) 단계에서, 상기 합금화 열처리를 수행하는 로(furnace)의 장입 전, 후의 강판의 온도차(△T)를 110 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
상기 (e) 단계 후, 상기 강판은 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어진 이상조직을 가지며, 표면 결함 평점이 0점 이하, 감마(Γ) 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께가 4.5mm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 합금성분의 조성, 조압연 온도(RDT)의 제어, 및 합금화온도에 따른 △T 제어를 통해 이상조직강으로서, 도금층 표면의 결함평점이 0점 이하이고, 도금층 표면의 감마(Γ) 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께를 외판 기준 4.5mm 이하로 제어된 합금화용융아연도금 강판을 획득할 수 있다.
도 1은 열간압연 공정의 롤성 결함에 의한 도금층 표면의 색차결함을 평점에 따른 도금층 사진을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 합금화용융아연도금 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
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.
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, 고강도를 나타내는 이상조직강의 경우, 열간 압연 단계에서 표면에 롤 이물성 결함이 잔존함에 따라 표면결함인 열간 압연롤성 결함(mill flaw)이 발생하는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해, 본 발명에서는 열간 압연 단계에서의 공정 조건 변경을 통해 표면 결함을 개선하고자 한다.
본 발명에서 사용되는 이상조직강은 제강/연주 공정을 통해 생산된 슬라브를 열간 압연한 이후, 냉간 압연, 연속소둔 및 도금(Continuous Galvannealing Line, CGL) 공정을 적용하여 제조하게 된다. 마르텐사이트 조직은 오스테나이트 조직을 급냉시 탄소 확산이 제한되어 생산되는 경질의 무확산 변태조직으로, 본 발명에서는 소재를 적정온도에서 소둔 및 냉각하는 과정에서 오스테나이트와 페라이트로 이상분리시킴으로써 최종적으로 마르텐사이트, 페라이트 이상조직강을 제조하게 된다. 이러한 이상조직강은 고강도 특성으로 인해 열간 압연 중 롤 표면에 생성되는 흑피가 박리되면서 표면에 잔존하게 되고, 이러한 표면 결함이 도금 및 열처리 공정 중의 합금화용융아연도금강판 표면의 색차 결함을 야기함으로써 자동차 외판용 이상조직강의 품질문제가 제기되고 있다. 이러한 표면결함을 방지하기 위하여 합금화 온도 등 도금 공정 조건을 변경하는 경우, 과합금화에 따른 도금 불량등의 결함이 추가로 발생할 수 있어, 도금 및 열처리 공정 이전 소재를 개선함으로써 표면결함을 개선하는 방안이 필요하다.
합금화용융아연도금 강판
본 발명의 자동차 외판용 이상조직강의 합금화용융아연도금 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5%, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B): 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 일 구체예에 따른 초고장력 열연 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대해 상세히 설명한다.
탄소(C): 0.01 ~ 0.08중량%
탄소(C)는 강재의 강도를 확보하는데 가장 경제적이며 효과적인 합금성분이다. 본 발명에서 탄소(C)는 냉각 중 오스테나이트 상변태 억제 등 강도를 증가시키고 잔류 오스테나이트를 안정화시키는 주요 원소로 사용되었다. 탄소(C)가 0.01중량% 이하로 첨가되는 경우 얻고자하는 석출물의 양 및 2상 분율이 적어 원하는 재질을 확보하기가 어렵다. 반면, 탄소(C)의 함량이 0.08중량%를 초과하면, 2상 분율의 증가 및 펄라이트 생성으로 재질이 열위(강도 미달)되는 부분이 발생 할 수 있다. 또한 이상 분율이 증가할수록 홀 확장성이 낮아지는 문제도 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 탄소(C)의 함량은 0.01~0.08중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.01 ~ 0.6중량%
실리콘(Si)은 본 발명에서 중요한 원소 중 하나로서, 유해한 탄화물의 생성을 억제하고 페라이트 조직을 형성하여 탄소(C)를 고온에서 오스테나이트 쪽으로 확산하도록 하는 원소이며, ROT 상에서 이상분리를 원활하게 하기 위해서는 실리콘(Si)을 0.01 ~ 0.6중량% 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)을 다량으로 첨가하면 오스테나이트 쪽으로 탄소(C)의 농도가 높아져 이상분리는 잘 되지만 기지조직 페라이트와의 경도차가 증가하여 홀 확장성(HER)이 낮아지고 항복강도(YP)도 낮아져 스펙에 미달이 발생할 수 있다.
망간(Mn): 1.0 ~ 2.5중량%
망간(Mn)은 강도 및 인성 확보를 위하여 필수적인 성분으로, 이를 위해서는 1.0중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 과다하게 첨가되면 편석이 발생하기 쉽고 편석대에서 마르텐사이트가 형성되어 원하는 조직의 형성을 크게 저해한다. 특히 인장강도를 780MPa 이상으로 확보하기 위해서는 망간(Mn)의 첨가가 매우 유효하지만, 높은 연성을 동시에 얻기 위해서는 그 상한을 2.5중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.04 ~ 0.5중량%
알루미늄(Al)은 실리콘(Si)과 같이 페라이트 안정화 및 탄화물의 형성을 억제하는 원소이며, 연성과 성형성을 향상시키는 원소이다. 이러한 알루미늄(Al)의 첨가 효과를 보기 위해서는 0.04중량% 이상 첨가하여야 한다. 그러나 과도하게 첨가할 경우 고온 연성이 크게 저하되고 생산성이 저하되므로, 그 상한을 0.5중량% 이하로 제한한다.
크롬(Cr), 몰리브덴(Mo): 합계 함량이 0.3 ~ 1.5중량%
크롬(Cr)은 페라이트 및 펄라이트의 고온 상변태 억제 효과가 높은 원소로서 오스테나이트의 소입성 향상을 위하여 첨가되었다. 크롬(Cr)의 함유량이 0.3중량％ 미만이면 상술한 효과를 얻지 못하며, 1.5중량%를 초과하면 상부 베이나이트(Upper bainite)와 같은 조직이 형성되면서 전체적으로 불균일해짐으로 인해 인성이 저하될 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 석출 강화 원소로서 연질상의 상도의 증가 및 결정립 미세화 효과를 가져오는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 원소의 경우 과임 첨가될 경우 재결정 온도가 지나치게 상승하여 불균일 조직을 야기하므로 그 상한은 0.1중량%로 제한한다. 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)은 합계 함량이 0.3 ~ 1.5중량%로 제어하는 것이 바람직하다.
보론(B): 0 초과 0.0015% 이하
보론(B)은 용접부 강도를 확보하고 강의 담금질성을 높여 고강도화에 유리한 원소이다. 그러나, 보론(B)의 첨가량이 과도할 경우 강판의 충격특성을 급격히 저하시키므로, 상기 보론(B) 함량의 상한을 0.0015중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
그외 불가피한 첨가 원소
인(P)의 경우 슬라브 중심 편석에 의한 내부식성 저하 문제로 인하여 첨가 범위를 0.08중량% 이하로 제한하였으며, 인성 및 용접성을 저해시키는 황(S)의 경우 그 함량을 0.01중량% 이하로 보다 엄격하게 제한하였으며, 충격특성과 연신율을 낮추고, 용접부 인성을 크게 저하시키는 질소(N) 또한 그 함량을 20 ~ 80ppm 범위로 제한하였다.
본 발명의 합금화용융아연도금 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 철강 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 강판은 경화능 원소인 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 보론(B)을 첨가하여 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어진 이상조직을 가지며, 표면 결함 평점이 0점 이하, 감마(Γ) 상 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께가 4.5mm 이하로 제어된 합금화용융아연도금 강판으로서, 자동차 외판용 강재로 사용되기 적합한 우수한 특성을 갖는다.
다음은, 본 발명의 다른 관점인 자동차 외판용 이상조직강의 합금화용융아연도금 강판의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
자동차 외판용 합금화용융아연도금을 제조하기 위해서는 상기한 소재를 제강/연주, 열간압연을 실시하고, 일정 범위를 갖는 냉간압연율을 적용하여 냉간압연을 수행한 이후에, 제품화를 위해 연속 소둔 및 도금 공정을 거치는 것이 필수적이다.
본 발명에서는 조압연 롤의 부하를 감소시켜, 소재에 롤 이물성 결함 발생을 억제하는 방법을 통해 최종 도금 제품 표면에서 색차 결함을 제거하고자 한다. 이상조직강을 합금화용융도금하여 색차 결함이 전혀 없고 도금특성이 우수한 외판재로 사용하기 위하여, 다음과 같은 공정 조건을 설정하였다.
열간압연 공정 중 조압연 온도 및 열간압연 두께
본 발명은 조압연 롤 부하 저감에 따른 흑피 박리 억제를 통해 열간압연 롤 이물성 결함 생성을 억제하고자 하였다. 조압연 롤에 닿는 소재의 온도가 지나치게 높으면 조압연롤의 부하를 증가시킬 수 있기 때문에, 본 발명에서는 조압연 작업온도인 RDT(Roughing mill delivery temperature)를 일정 범위내에서 제어하고자 하였다. 추가로, 평균 RDT 제어뿐만 아니라 전체 코일의 길이방향에서 RDT 최고지점인 RDTmax를 일정 온도 이하로 작업하여 롤부하를 저감하고자 하였다. 이에 추가로 조압연을 통과하여 소재의 두께가 얇을수록 조압연 롤의 압하율이 증가하고, 그에 따라 최종적으로 조압연 롤의 부하가 증가하기 때문에 조압연 롤을 통과하여 생성되는 바(bar) 두께와 최종 열간압연 두께를 향상시켜 조압연 롤 부하를 줄이고자 하였다. 이러한 조압연 롤 부하 저감을 수치화하여 양산시 적용하기 위해 표면결함평점에 가장 영향을 미치는 RDTmax와 최종 열간압연 두께를 통계적으로 계산하여 아래와 같은 복합식을 구성하였다.
복합식 = - 39.1 + 0.0475 * RDTmax - 3.56 * t
(t는 열연코일의 두께)
복합식의 결과값이 높을수록 표면결함평점이 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명의 이상조직강을 자동차용 외판재로 사용하기 위해서는 최종 평점이 0점이어야 하므로, 상기의 복합식을 0.5 이하로 관리하여 표면 결함을 제어하고자 제안하였다.
도금 공정 중 델타T(△T)
본 발명에서 제시하는 우수한 도금 특성을 갖는 이상조직강을 제조하기 위해서는, 합금화 용융아연도금 공정 중의 델타T(△T)를 제어하는 것이 중요하다. 합금화 용융아연도금 공정이 이루어지는 합금화 열처리 로(furnace) 전/후 온도차인 델타T(△T)는 합금화도를 제어하기 위한 인자로서, 본 발명에서는 냉간압연 공정 이후 표면에 존재하는 결함을 은폐하는데 활용될 수 있다. 하지만, 이러한 합금화도가 적정온도보다 고온일 경우, 과합금에 따른 파우더링 결함이 발생하는 등 도금 문제를 야기할 수 있기에 △T를 110 이하로 제한함이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 100 이하로 제한 관리하는것이 바람직하다.
도 1은 열간압연 공정의 롤성 결함에 의한 도금층 표면의 색차결함을 평점에 따른 도금층 사진을 나타낸 도면이다.
도금층의 표면 품질을 나타내는 색차 결함 평점은 0 ~ 2점대로 구분된다. 그 기준을 보면, 2점의 경우, 도 1에 제시된 바와 같이 색차를 육안으로 확인가능하나 촉감이 없고, 폭이 30mm 이내인 결함을 두 줄 이내로 가지며 점유율이 10% 이하인 경우를 말한다. 결함 평점이 1점인 경우, 육안식별이 곤란할 경도의 미세 색차가 있고 촉감이 없으며, 폭이 30mm 이내인 결함을 한 줄 이내로 가지며 점유율이 70% 이하인 경우를 말한다. 그리고, 결함 평점이 0점인 경우, 이러한 결함이 없는 경우를 말한다. 이상조직강을 자동차용 외판재로 사용하기 위해서는 최종 평점이 0점으로 관리되어야 한다.
상기한 조건들을 고려하여 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따른 합금화용융아연도금 강판의 제조방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 합금화용융아연도금 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 합금화용융아연도금 강판의 제조방법은 열연 강판을 준비하는 단계(S110), 상기 열연 강판을 냉간 압연하는 단계(S120); 및 상기 냉간 압연된 냉연 강판을 소둔 열처리하는 단계(S130); 상기 소둔 열처리 후 강판을 냉각하고 후열처리하는 단계(S140)를 포함한다. 이하, 상기 본 발명의 열연 강판의 제조방법을 단계별로 보다 상세히 설명한다.
열연 강판을 준비하는 단계(S110)
중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B: 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 준비하고, 상기 슬라브를 1,150~1,300℃로 가열하여 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용시킨다. 상기 재가열 온도는 통상의 열간압연 온도를 확보할 수 있도록 1,150 ~ 1,300℃로 하는 것이 바람직하다. 상기 재가열온도가 1,150℃ 미만이면 열간압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있으며, 1,300℃를 초과하는 경우에는 표면 스케일양이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있다.
또한, 슬라브의 두께에 따라 재가열 온도 유지시간을 조절할 필요가 있는데, 슬라브의 두께가 두꺼울수록 재가열 시간을 길게 유지하고, 두께가 얇을수록 유지시간을 짧게 할 필요가 있으나, 적정 유지시간은 30~45분 정도 유지하는 것이 바람직하다. 상기 적정 유지시간을 초과하여 유지할 경우에는 비경제적이며, 반면 상기 적정 유지시간 미만으로 유지할 경우에는 재질의 균질화 정도가 떨어져 품질이 나빠지는 문제가 발생할 수 있다.
슬라브를 재가열한 다음에는, 통상의 방법으로 열간 압연을 수행한다. 열간 압연은 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하여 열연 판재를 얻는 단계이다. 가열로 공정에서 재가열된 슬라브는 조압연을 수행한 후, 냉각 전까지 강판의 조직이 오스테나이트 상을 갖도록, 마무리 압연 온도(FDT): 820~920℃ 온도범위에서 열간압연을 마무리한다. 슬라브의 마무리 압연 온도는 변태 후 페라이트 입도에 영향을 미친다. 마무리 압연 온도가 820℃ 미만이면 압연시 압하력이 과다하여 압연 통판성에 좋지 못한 영향을 끼치게 되고, 반면 마무리 압연 온도가 920℃를 초과하게 되면 조직이 너무 조대해져 중간 공냉 구간에서 이상분리가 제대로 이루어지지 않아 강의 강도와 연성이 저하되는 문제가 발생한다.
한편, 상술한 바와 같이, 조압연 롤 부하 저감에 따른 흑피 박리 억제를 통해 열간압연 롤 이물성 결함의 생성을 억제하기 위해서는 조압연 롤에 접촉하는 소재의 온도가 지나치게 높게 되면 조압연 롤의 부하를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 조압연 온도(RDT)를 일정 범위내에서 제어한다. 이때, 평균 RDT 뿐만 아니라 전체 코일의 길이방향에서 RDT를 제어한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 조압연 온도(RDT)는 970 ~ 1,150℃의 범위로 제어할 수 있다. 또한, 조압연을 통과하는 소재의 두께가 얇을수록 조압연 롤의 압하율이 증가하고 그에 따라 최종적으로 조압연 롤의 부하가 증가하기 때문에, 조압연 롤을 통과하여 생성되는 바(bar)의 두께(t)와 최종 열간압연두께를 증가시켜 조압연 롤의 부하를 줄일 수 있다. 즉, 표면 결함 평점에 가장 영향을 미치는 RDTmax와 최종 열연코일의 두께(t)를 다음의 복합식으로 결정한다.
복합식 = - 39.1 + 0.0475 * RDTmax - 3.56 * t
이때, 상기 복합식의 결과값이 높을수록 표면결함 평점이 높아지고, 본 발명의 이상조직강을 자동차용 외판재로 사용하기 위해서는 최종 표면결함평점이 0점이어야 하기 때문에, 상기 복합식이 0.5 이하가 되도록 RDTmax와 최종 열연코일의 두께(t)를 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 열연 판재를 소정의 권취 온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 10 ~ 100℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 권취 온도는 500 ~ 650℃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 650℃를 초과할 경우에는 조대립의 형성으로 항복비는 감소하나 인성이 저하되고 목표하는 강도에 미달될 문제가 발생할 수 있는 반면, 권취 온도가 500℃ 미만으로 저온일 경우에는 조직이 미세하게 되어 강도와 인성은 증가할 수 있으나, 연신율을 충족시키기 어렵다.
열연 강판을 냉간 압연하는 단계(S120)
열연강판을 준비한 다음에는, 상기 열연 강판을 냉간 압연하는 단계(S120)로서, 위와 같이 제조된 열연 강판을 이용하여, 산세 처리후 냉간압연을 실시한다. 냉간압연 시 압하율은 55~70%가 바람직하며, 조직 미세화효과로 인한 홀확장성 상승 효과가 극대화된다. 냉간 압연시 55% 이하의 압하율로 압연할 경우 조직 미세화 효과가 낮아 목표로 하는 홀확장성을 얻기 어려우며, 70% 이상의 압하율로 압연할 경우 롤포스가 높아져 공정부하가 높아진다.
소둔 단계(S130)
이 단계에서는, 상기 냉간 압연된 강판을 통상의 서냉식 구간이 있는 연속 소둔로에서, 1 ~ 10℃/s의 승온 속도로 Ac1 ~ Ac3의 온도까지 승온한다. 바람직하게는, 상기 냉간 압연된 강판을 800 ~ 900℃의 온도에서 60 ~ 600초간 유지한다. 소둔 온도는 매우 중요한 요소이며, 800 ~ 900℃의 온도범위에서 인장강도 780MPa 이상의 안정적인 강도를 확보할 수 있다. 소둔온도가 800℃ 미만이면 미재결정립이 생길 위험성이 증대할 수 있으며, 또한 충분한 오스테나이트를 형성하기 어려워 본 발명에서 목표로 하는 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 또한, 소둔온도가 900℃를 초과하는 경우는 과다한 오스테나이트의 형성으로 인해 베이나이트량이 급격이 증가하게 되어 항복강도의 과도한 증가 및 연성의 열화가 초래될 수 있다.이러한 소둔 단계(S130)를 거친 후 석출물의 성장은 억제된다.
유지 시간은 60 ~ 600초로 한다. 승온 시간이 60초 미만일 경우 결정립이 상대적으로 미세해져 강도 증가가 크게 발생하며, 600초를 초과할 경우 승온 시간이 너무 길어 생산성에 어려움이 생긴다.
냉각 및 합금화 열처리하는 단계(S140)
소둔 후, 평균 3 ~ 20℃/s의 냉각속도로 400 ~ 550℃까지 냉각한 후 10 ~ 100초 정도 유지한다. 소둔 후 온도는 소둔 시 형성된 오스테나이트의 상 변화에 영향을 미친다. 소둔 후 냉각 온도가 400℃ 미만 시 마르텐사이트 형성에 따른 목표 항복비 달성이 어려우며, 550℃를 초과 시 목표하는 베이나이트가 아닌 펄라이트가 형성되어 목표 강도를 얻기 어렵다. 냉각 후에는 합금화 열처리를 실시한다. 용융아연도금시 도금욕 온도는 450 ~ 550℃의 범위에서 유지하며, 합금화 열처리 온도는 450 ~ 650℃가 바람직하다. 상기 합금화 열처리 온도가 450℃ 미만이면 탄소(C) 확산을 위한 템퍼링 효과를 충분히 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있으며, 합금화 열처리 온도가 550℃를 초과하는 경우는 탄화물 생성에 의하여 마르텐사이트 상의 강도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 우수한 도금특성을 갖는 이상조직강을 얻기 위해서는 합금화 용융아연도금 공정이 이루어지는 합금화 열처리 로(furnace)의 전/후 온도차인 △T를 제어하는 것이 중요하다. △T를 제어함으로써 냉간압연 공정 후 표면에 존재하는 결함을 은폐할 수 있다. 합금화도가 적정온도보다 고온일 경우, 과합금에 따른 파우더링 결함이 발생하는 등 도금 문제를 야기할 수 있으므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 △T를 110 이하로 제한하고, 100 이하로 관리하는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 성분조성, 조압연 온도(RDT) 제어, 및 합금화온도에 따른 △T를 제어하는 본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 강판은 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 이상조직강으로서, 도금층 표면의 결함평점이 0점 이하이고, 도금층 표면의 감마(Γ) 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께를 외판 기준 4.5mm 이하로 제어됨으로써 색차 결함이 없고 도금특성이 우수한 외판재로 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
실시예
중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5%, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B): 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1,200℃에서 40분 이상 가열하고, 하기 표 1의 공정조건으로 열간 압연, 냉간압연 및 합금열처리를 실시하여 발명예 및 비교예의 시편을 제조하였다. 이러한 발명예 및 비교예의 강에 대해 도금층 표면의 표면 품질 실적을 측정하여 표 1에 함께 나타내었다.
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 조압연 온도(RDT), RDTmax, 조압연된 바(bar)의 두께, 열연코일의 두께, 복합식의 값, 및 합금화 열처리 로 장입 전, 후의 온도차(△T)를 모두 만족하는 발명예의 시편들(1~3)의 경우, 표면 결함 평점이 모두 0점, 감마(Γ) 층의 두께가 0.47 ~ 0.58㎛으로 즉청되었으며, 파우더링의 두께도 2.2 ~ 2.8mm로 측정되어, 색차 결함이 없고 도금특성이 우수하여 자동차 외판재로 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
반면, 합금화 열처리 로 장입 전, 후의 온도차(△T)가 기준값보다 크게 제어된 비교예 4의 경우 τ층의 두께가 기준치(0.7㎛)를 초과하고 파우더링의 두께도 기준치(4.5mm)를 초과하였고, 복합식의 값 및 △T가 기준값보다 크게 제어된 비교예 5 및 6의 경우 표면 결함 평점, 감마(Γ) 층의 두께, 및 파우더링의 두께가 기준치를 초과하였고, 복합식의 값이 기준치를 초과한 비교예 7 ~ 9의 경우, 표면 결함 평점이 기준치를 초과한 것으로 나타났다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 합금화용융아연도금 강판 및 그 제조방법에 따르면, 합금성분의 조성, 조압연 온도(RDT)의 제어, 및 합금화온도에 따른 △T 제어를 통해 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 이상조직강으로서, 도금층 표면의 결함평점이 0점 이하이고, 도금층 표면의 감마(Γ) 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께를 외판 기준 4.5mm 이하로 제어된 합금화용융아연도금 강판을 제조함으로써 색차 결함이 없고 도금특성이 우수하여 자동차용 외판재로 적합하게 사용될 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 (5)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5%, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B): 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    페라이트 및 마르텐사이트로 이루어진 이상조직을 가지며, 표면 결함 평점이 0점 이하, 감마(Γ) 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께가 4.5mm 이하로 제어된 것을 특징으로 하는,
    합금화용융아연도금 강판.
  2. (a) 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.08%, 실리콘(Si): 0.01~0.60%, 망간(Mn): 1.0~2.5%, 인(P): 0초과 0.08% 이하, 황(S): 0초과 0.01% 이하, 알루미늄(Al): 0.04~0.5%, 0.3≤몰리브덴(Mo)+크롬(Cr)≤1.5%, 질소(N): 20~80ppm, 보론(B): 0 초과 0.0015% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 조압연 후 마무리 압연하여 열연 강판을 얻는 단계;
    (b) 상기 열연 강판을 권취 온도까지 냉각한 후 권취하는 단계;
    (c) 상기 강판을 냉간압연하여 냉연 강판을 얻는 단계;
    (d) 상기 냉연 강판을 소둔 및 냉각하는 단계; 및
    (e) 냉각된 상기 강판을 합금화 열처리하는 단계를 포함하되,
    열연 강판 코일의 길이방향에서 조압연 온도의 최고지점인 RDTmax와, 조압연 롤을 통과하여 생성되는 바(bar)의 두께(t)로 표현되는 다음의 복합식 1의 값이 0.5 이하가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
    합금화용융아연도금 강판의 제조방법.
    [복합식 1]
    복합식 = - 39.1 + 0.0475 * RDTmax - 3.56 * 열연코일두께
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 조압연 온도(RDT)는 970 ~ 1,050℃로 제어하는 것을 특징으로 하는,
    합금화용융아연도금 강판의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 합금화 열처리를 수행하는 로(furnace)의 장입 전, 후의 강판의 온도차(△T)를 110 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는,
    합금화용융아연도금 강판의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 (e) 단계 후, 상기 강판은 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어진 이상조직을 가지며, 표면 결함 평점이 0점 이하, 감마(Γ) 층의 두께가 0.7㎛ 이하, 파우더링의 두께가 4.5mm 이하인 것을 특징으로 하는,
    합금화용융아연도금 강판의 제조방법.


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