KR20220072921A - 연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 냉간압연 시 압하력을 감소시켜 냉간 압연 부하를 감소시키기 위한 연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고강도 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 함량의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N) 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YP): 850MPa 이상, 인장강도(TS): 1180MPa 이상, 및 연신율(El): 14% 이상, 및 홀확장성(HER): 30% 이상을 만족하고, 페라이트, 잔류 오스테나이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함한다.

Description

연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법{Ultra high strength cold rolled steel sheet treated by softening heat process and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 냉연강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 충돌 안전성과 차체의 경량화를 목적으로, 보다 고강도이면서 동시에 고연성을 갖는 강판이 요구되고 있다. 한편, 자동차용 부품 중 충돌 안전성을 좌우하는 멤버류 및 필러류 부품은 형상이 복잡하여, 이를 제조하기 위해 성형성이 우수하면서고 강도가 높은 초고강도 강이 요구되고 있는 실정이다.
이러한 초고강도 강판의 경우 첨가된 합금 성분이 높으며, 냉간 압연 시 높은 압하력을 요구한다. 압하력이 높을 경우 생산하는 강판의 형상이 불량하며, 과도한 냉간 압연 부하가 발생할 수 있다. 또한 과도한 압연 부하가 지속적으로 발생될 경우 생산 설비의 수명을 단축 시킬 수 있고, 공정 위험성이 발생할 수 있다.
한국특허출원번호 제10-2017-0155662호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 냉간압연 시 압하력을 감소시켜 냉간 압연 부하를 감소시키기 위한 연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 냉간압연 시 압하력을 감소시켜 냉간 압연 부하를 감소시키기 위한 연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고강도 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 함량의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N) 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YP): 850MPa 이상, 인장강도(TS): 1180MPa 이상, 및 연신율(El): 14% 이상, 및 홀확장성(HER): 30% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고강도 냉연강판은, 페라이트, 잔류 오스테나이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 페라이트의 분율은 11% ~ 20% 범위이고, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 10% ~ 20% 범위이고, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 62% ~ 79% 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법은, (a) 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 함량의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N) 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계; (b) 상기 열연강판을 500℃ ~ 680℃ 범위의 온도에서 연화 열처리하는 단계; (c) 상기 연화 열처리된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; (d) 상기 냉연강판을 Ac3 - 20℃ ~ Ac3 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; (e) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계; 및 (f) 상기 냉각된 냉연강판을 400℃ ~ 460℃ 범위의 온도에서 파티셔닝 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 준비하는 단계; (a-2) 상기 강 슬라브를 1,150℃ ~ 1,250℃ 범위에서 재가열하는 단계; (a-3) 상기 재가열된 강 슬라브를 900℃ ~ 950℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및 (a-4) 상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃ 범위에서 권취하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계는, 배치 어닐링 공정(BAF)을 이용하여 수행되고, 1시간 ∼10시간 동안 유지하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (d) 단계는, 상기 냉연강판을 3℃/초 ~ 10℃/초 범위의 승온속도로 가열하여 830℃ ~ 870℃의 범위의 온도에서 60초 ~ 300초 범위의 시간 동안 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (e) 단계는, (e-1) 상기 소둔 열처리한 냉연강판을 5℃/초 ~ 10℃/초 범위의 냉각속도로 700℃ ~ 800℃ 범위의 온도로 서냉하는 단계; 및 (e-2) 상기 서냉한 냉연강판을 50℃/초 ~ 100℃/초 범위의 냉각속도로 200℃ ~ 300℃ 범위의 냉각종료온도로 급냉하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (f) 단계는, 상기 냉각된 냉연강판을 10℃/초 ~ 20℃/초 범위의 승온속도로 가열하여 400℃ ~ 460℃의 범위의 온도에서 10초 ~ 120초 범위의 시간 동안 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (f) 단계를 수행한 후에, (g) 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 430℃ ~ 470℃의 온도에서 용융아연도금을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (g) 단계를 수행한 후에, (h) 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 490℃ ~ 530℃의 범위의 온도에서 10초 ~ 60초 범위의 시간 동안 합금화 열처리를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 열간압연에서 냉간압연 공정 사이에 연화 열처리 공정을 추가하여, 냉간압연 시 압하력을 감소시켜 냉간 압연 부하를 감소시켜 제조한 연화 열처리된 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 초고강도 열연 강판의 과도한 냉간 압연 부하 감소시킬 수 있고, 성형성을 확보할 수 있다. 또한, 별도의 소둔 열처리 조건을 변경하지 않고 동일 조건의 연속 소둔 열처리를 적용하여도 최종 강판의 미세조직 및 재질은 동일하게 구현할 수 있다. 또한, 냉간 압연 부하를 감소시켜 최종 생산되는 강판의 판 파단 등의 공정 중 발생하는 위험성을 감소시킬 수 있다. 냉간 압연 부하 감소에 따른 압하율 증가가 가능하므로 최종 냉연 제품의 두께를 감소시킬 수 있다. 과도한 압연 부하가 지속되는 것을 방지함으로써 생산 설비의 수명을 연장 할 수 있으며, 공정 위험성 발생을 예방할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 냉연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 냉연강판의 미세조직을 비교예와 비교하여 나타낸 주사전자현미경 사진들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 기술적 사상은 초고강도 냉연강판을 제공하는 것으로서, 초고강도 강재의 열간압연 코일은 높은 강도를 가지므로, 냉간 압연 시 압연 부하 발생할 수 있다. 이러한 냉간 압연 부하를 줄이기 위해 냉간 압연 공정 전 연화 열처리 공정을 실시할 필요가 있다. 상기 연화 열처리를 수행하는 온도는 500℃ ~ 680℃ 범위로 실시할 수 있고, 이때에 열간압연 코일 내권부까지 가열되도록 관리하는 것이 바람직하다. 이러한 연화 열처리를 한 열간압연 코일을 냉간압연 할 경우 기존 대비 압하력 약 40% 이상 감소가 가능하다. 이어서, 냉간압연한 후 강재를 동일 연속 소둔 조건을 적용하여 최종 제품을 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 함량의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N) 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 초고강도 냉연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 강판 전체에 대한 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.12% ~ 0.22%
탄소는 기본적인 강화 역할 및 오스테나이트 안정화를 주요 목적으로 한다. 오스테나이트 내 높은 탄소 농도는 오스테나이트 안정도를 향상시켜 재질 향상을 위한 적절한 오스테나이트 확보에 용이하다. 상기 탄소의 함량이 0.12% 미만인 경우에는, 탄소 첨가 효과가 불충분하다. 상기 탄소의 함량이 0.22%를 초과하는 경우에는, 탄소당량 증가에 따라 용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 탄소의 함량을 강판 전체 중량의 0.12% ~ 0.22%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%
실리콘은 탄화물 형성을 억제하는 원소이며 특히 Fe3C 형성에 따른 재질 저하 방지에 그 역할이 있다. 상기 실리콘의 함량이 1.6% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 상기 실리콘의 함량이 2.4%를 초과하는 경우에는, 강판 표면에 산화물(SiO2)이 형성되어 해당 부분 젖음성 열위에 따라 도금성이 저하될 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량을 강판 전체 중량의 1.6% ~ 2.4%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%
망간은 오스테나이트 안정화를 하는 주요 원소이다. 상기 망간이 첨가됨에 따라 마르텐사이트 형성 시작 온도인 Ms가 점차 낮아지게 되어 연속 어닐링 공정 진행 시 잔류 오스테나이트 분율을 증가시키는 효과를 가져올 수 있다. 상기 망간의 함량이 2.0% 미만인 경우에는, 망간 첨가 효과가 불충분하다. 상기 망간의 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는, 탄소당량 증가에 따른 용접성의 하락 및 공정 시 강판 표면에 산화물(MnO)이 형성되어 해당 부분 젖음성 열위에 따른 도금성 저하를 유발할 수 있다. 따라서, 망간의 함량을 강판 전체 중량의 2.0% ~ 3.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%
알루미늄은 실리콘과 비슷한 작용을 하며, 주로 고용 강화 및 탄화물 형성을 억제하는 역할을 한다. 상기 알루미늄의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 알루미늄 첨가 효과가 불충분하다. 상기 알루미늄의 함량이 0.05% 를 초과하는 경우에는, 연주에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 알루미늄의 함량을 강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 함량의 합: 0% 초과 ~ 0.05%
티타늄, 니오븀, 및 바나듐은 강 내에서 탄화물의 형태로 석출되는 주요 원소이며, 석출물 형성에 따른 초기 오스테나이트 결정립 미세화를 통한 잔류 오스테나이트 안정도 확보 및 강도 향상, 페라이트 결정립 미세화 및 페라이트 내 석출물의 존재에 의한 석출 경화를 제공할 수 있다. 상기 티타늄, 니오븀, 및 바나듐의 함량의 합이 0.05%를 초과하는 경우에는, 재질 저하 및 제조 원가 상승을 유발할 수 있다. 따라서, 티타늄, 니오븀, 및 바나듐의 함량의 합을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.015%
인은 실리콘과 유사한 역할을 하지만, 용접성의 저하 및 재료의 취성 발현으로 재질 저하를 야기할 수 있으므로, 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 인의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.015%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.003%
황은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 입계에 편석되어 열간 취성을 야기하고, 망간 황화물(MnS) 등을 형성하여 균열을 야기하므로, 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 황의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.003%로 제한하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0% 초과 ~ 0.006%
질소는 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 내시효성을 열화시키는 원소이므로, 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.006%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 초고강도 냉연강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제강 과정에서는 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.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 제조 방법을 통해 제조된 초고강도 냉연강판은, 항복강도(YP): 850MPa 이상, 인장강도(TS): 1180MPa 이상, 및 연신율(El): 14% 이상, 및 홀확장성(HER): 30% 이상을 만족할 수 있다. 상기 초고강도 냉연강판은, 예를 들어, 항복강도(YS): 850 MPa ~ 1100 MPa, 인장 강도(TS): 1180 MPa ~ 1300 MPa, 연신율(EL): 14% ~ 25%, 및 홀확장성(HER): 30% ~ 50%를 만족할 수 있다.
상기 초고강도 냉연강판은, 초미세 페라이트, 잔류 오스테나이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가질 수 있다.
상기 페라이트의 분율은, 예를 들어 11% ~ 20% 범위일 수 있고, 상기 페라이트 분율은 전체적인 재질에 큰 영향을 미치므로 바람직하게는 13% ~ 18% 범위일 수 있다. 상기 잔류 오스테나이트의 분율은, 예를 들어 10% ~ 20% 범위일 수 있다. 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은, 나머지 분율로서 포함될 수 있고, 예를 들어 62% ~ 79% 범위일 수 있다. 상기 분율은 미세조직 사진을 이미지 분석기를 통하여 도출한 면적비율을 의미한다.
상기 페라이트의 분율이 11% 미만인 경우에는, 항복비가 높아 가공성이 저하되고 연신율 확보에 불리할 수 있다. 상기 페라이트의 분율이 20%를 초과하는 경우에는, 기지 조직인 템퍼드 마르텐사이트의 분율이 감소하여 충분한 강도를 확보하기 어려울 수 있다.
상기 잔류 오스테나이트는 강판의 강도 및 연신율 모두를 확보할 수 있는 핵심적인 조직이므로, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 10% ~ 20% 범위인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
초고강도 냉연강판의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 냉연강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 냉연강판의 제조방법은, 상기 조성의 강재를 이용하여 열연강판을 제조하는 단계(S110), 상기 열연강판을 연화 열처리하는 단계(S120); 상기 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계(S130); 상기 냉연강판을 소둔 열처리하는 단계(S140); 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계(S150); 및 상기 냉연강판을 파티셔닝 열처리하는 단계(S160);를 포함한다.
또한, 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법은, 상기 냉연강판을 용융아연 도금하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 초고강도 냉연강판의 제조방법은, 상기 용융아연 도금하는 단계를 수행한 후에 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열연강판 제조단계(S110)
상기 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 준비하고, 상기 강 슬라브를, Ac3 이상의 온도로, 예를 들어 1,150℃ ~ 1,250℃ 범위의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,150℃ 미만인 경우에는, 열간압연 부하가 증가될 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,250℃를 초과하는 경우에는, 초기 오스테나이트 결정립의 조대화로 인해 최종 생산 강판의 강도 확보가 어려울 수 있다.
상기 재가열 후 통상의 방법으로 열간압연을 행하고, 예를 들어 900℃ ~ 950℃ 범위의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 열간 마무리 압연을 수행하여 열연강판을 제조할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 900℃ 미만인 경우에는, 페라이트와 펄라이트의 밴드상 조직(band structure)이 생성될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 950℃를 초과할 경우에는, 스케일 생성의 증가되고, 결정 입경이 조대화되어, 조직의 미세 균일화가 어려울 수 있다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 550℃ ~ 650℃ 범위의 권취온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 예를 들어 10℃/초 ~ 30℃/초의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 냉각 속도가 빠를수록 평균 결정립도 감소에 유리하다. 상기 냉각은 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 550℃ ~ 650℃ 범위의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다. 상기 귄취온도의 범위는 냉간 압연성, 표면 성상의 관점에서 선택할 수 있다. 상기 권취온도가 550℃ 미만인 경우에는, 마르텐사이트 등의 경질상이 과도하게 생성되어 열연강판의 재질이 과도하게 증가하여 냉간압연 시 압연 부하가 현저하게 증가 할 수 있다. 상기 권취 온도가 650℃를 초과할 경우에는, 페라이트-펄라이트 밴드구조가 심해져 최종 제품의 미세조직의 불균일성을 초래할 수 있다. 또한, 최종 열처리 후 제품의 굽힘성 및 홀확장성(HER) 특성이 저하될 수 있다.
연화 열처리 단계(S120)
상기 열연강판을, 예를 들어 500℃ ~ 680℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 1 ~ 10 시간 동안 연화 열처리한다. 상기 연화 열처리 단계는, 열간 압연 후 냉간 압연 전에 열연강판의 미세 조직의 영향을 효과적으로 제어할 수 있다. 또한, 상기 연화 열처리 온도는, 예를 들어 520℃ ~ 650℃ 범위일 수 있다.
통상적으로 열간 압연공정에서 권취 온도의 변화에 따라 열연강판의 미세 조직 및 물성에 영향을 미친다. 또한, 권취 이후 코일의 냉각 속도에 따라서도 동일한 영향을 미칠 수 있다. 상기 권취 온도의 경우, 강판 전체 폭/길이 방향에 대하여 균일하게 제어하기가 어렵고, 또한, 권취 이후에 야드에서 냉각 시 계절적 요인 이나 주변 코일의 적치 여부 등에 의하여 냉각 속도의 변화가 발생할 수 있어, 열연강판의 재질 편차가 심하게 발생하는 경우가 있다. 이러한 열연강판의 물성 변화에 의하여 후속되는 냉간압연 공정에서도 그 영향이 지속적으로 나타나므로, 최종 제품의 품질에 미치는 영향이 크다. 이러한 열연강판의 재질 편차 혹은 미세조직의 영향을 제거하고자, 상기 연화 열처리 단계를 실시할 수 있다.
상기 연화 열처리에 의하여, 상기 열연강판은 연질화될 수 있고, 후속의 냉간 압연에서 압연 하중이 줄어 들고, 고장력강을 냉간 압연하는 경우에 흔히 발생하는 두께 편차를 감소시킬 수 있고, 형상 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
상기 연화 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우에는, 열연강판이 충분히 연질화되지 않으며, 최종적으로 얻어지는 냉연강판에 대한 열간 압연 후의 조직의 영향을 제거할 수 없다. 또한, 상기 연화 열처리 후의 조직이 불균일한 조직으로 형성될 수 있다.
상기 연화 열처리 온도가 680℃를 초과하는 경우에는, 불균일한 오스테나이트 상이 만들어지고, 냉각 과정에서 불필요한 상들이 생성되어 최종 생산 강판의 소둔 조건에 영향을 미칠 수 있다.
상기 연화 열처리를 500℃ ~ 680℃ 범위의 온도에서 실시함으로써, 시멘타이트는 조대화되지 않고, 균일 미세하고 치밀하게 열연강판 내에 존재하게 된다. 결과적으로, 냉간 압연 후에 최종적으로 얻어지는 조직은 미세한 결정립이 되어, 우수한 연신 플랜지성 및 굽힘성이 얻어질 수 있다.
또한, 상기 연화 열처리를 실시할 때, 배치 어닐링 공정(BAF)을 활용할 경우, 열처리 시간은 1시간 ∼10시간 정도 유지하여 수행할 수 있다. 상기 연화 열처리 시간이 1 시간 미만인 경우에는, 열연강판 코일의 내부까지 원하는 온도로의 열전달이 충분치 않기 때문에 의도했던 대로 강판 전체로의 즉, 폭 방향 및 길이방향으로의 균일한 조직을 얻을 수 없으므로, 열간압연 후의 조직의 영향을 제거할 수 없다. 상기 연화 열처리 시간이 10 시간을 초과하는 경우에는, 시멘타이트의 성장이 과도하게 진행되고, 생산성이 저해될 수 있다.
상기 연화 열처리를 수행한 후의 열연강판의 미세조직은 페라이트와 세멘타이트가 혼합된 혼합조직을 가질 수 있다.
냉연강판 제조단계(S130)
상기 연화 열처리된 열연강판을 산으로 세정하는 산세 처리를 수행한다. 이어서, 상기 산세 처리된 열연강판을, 예를 들어 40% ~ 75%의 평균 압하율로 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 형성한다. 상기 평균 압하율이 높을수록, 조직 미세화 효과로 인한 성형성이 상승되는 효과가 있다. 상기 평균 압하율 40% 미만인 경우에는, 균일한 미세조직을 얻기 어렵다. 상기 평균 압하율이 75%를 초과하는 경우에는, 롤 힘이 증가되어 공정부하가 증가된다. 상기 냉간압연에 의하여 최종 생산되는 강판의 두께를 가질 수 있다. 냉연강판의 조직은 열연강판의 조직이 연신된 형상의 조직을 가질 수 있다.
소둔 열처리 단계(S140)
상기 냉연강판을 통상의 서냉각 구간이 있는 연속 소둔로에서 소둔 열처리한다. 상기 소둔 열처리는, 예를 들어 3℃/초 ~ 10℃/초 범위의 승온속도로 가열하고, 예를 들어 Ac3 - 20℃ ~ Ac3 범위의 온도, 예를 들어 830℃ ~ 870℃의 범위의 온도에서, 예를 들어 60초 ~ 300초 범위의 시간 동안 유지하는 소둔 열처리를 진행한다. 상기 소둔 열처리의 시작 온도는 오스테나이트 및 페라이트의 이상역 두 가지 조건에서 수행할 수 있다. 이러한 온도 범위는 적절한 분율의 페라이트 확보하여 최종 미세조직 내 이상적인 페라이트, 잔류 오스테나이트, 및 템퍼드 마르텐사이트 확보를 통해 해당 강판의 목표 최종 재질을 얻기 위함이다.
다단 냉각 단계(S150)
상기 소둔 열처리한 냉연강판을 다단 냉각한다. 상기 냉각하는 단계는 하기의 두 단계로 수행될 수 있다.
먼저, 상기 소둔 열처리한 냉연강판을, 예를 들어 5℃/초 ~ 10℃/초 범위의 냉각속도로, 예를 들어 700℃ ~ 800℃로 서냉한다. 상기 서냉하는 단계에서는, 상기 소둔 열처리를 수행하는 중에 최종 초고강도 냉연강판의 미세조직 내에 목표량의 페라이트 상을 확보하기 위함이며, 이에 따라 최종 미세조직의 소성 특성을 확보하게 된다. 또한, 상기 서냉 조건에 따라 페라이트가 존재하지 않는 미세조직도 형성될 수 있다.
이어서, 상기 서냉한 냉연강판을, 예를 들어 50℃/초 이상의 냉각속도로, 예를 들어 50℃/초 ~ 100℃/초 범위의 냉각속도로, 예를 들어 200℃ ~ 300℃의 냉각종료온도로 급랭한다. 또한, 상기 냉각종료온도에서, 예를 들어 5초 ~ 20초 동안 유지한다. 상기 급랭하는 단계에서는, 상기 냉각종료온도의 제어를 통해, 오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시켜 최종 재질 확보를 용이하게 하기 위함이며, 이러한 급랭단계에서 발생할 수 있는 원하지 않는 상변태를 억제하기 위해 50℃/초 이상의 냉각속도가 요구된다.
파티셔닝 열처리 단계(S160)
상기 냉각된 냉연강판을, 예를 들어 10℃/초 ~ 20℃/초 범위의 승온속도로 재가열하여, 예를 들어 400℃ ~ 460℃의 범위의 온도에서 10초 ~ 120초 범위의 시간 동안 유지하여 파티셔닝 열처리를 수행한다. 상기 파티셔닝 열처리는 재가열 열처리로 지칭될 수 있다. 상기 파티셔닝 열처리에서는, 잔류 오스테나이트 내 탄소 농축이 진행되고, 마르텐사이트의 파티셔닝을 통한 강도 및 연신율을 확보할 수 있다.
상기 단계(S160)를 종료한 후에, 상온으로, 예를 들어 0℃ ~ 10℃의 범위의 온도로 냉각하여 상기 초고강도 냉연강판을 완성할 수 있다.
또한, 상기 초고강도 냉연강판은 용융아연 도금강판 및 합금화 용융아연 도금강판으로 제조될 수 있다.
용융아연 도금단계
상기 파티셔닝 열처리 단계의 온도는 용융아연 도금 욕조의 온도에 비하여 낮으므로, 용융아연 도금단계를 더 수행함으로써, 용융아연 도금강판을 형성할 수 있다. 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여, 냉연강판 표면에 용융아연 도금층이 형성되어 용융아연 도금강판을 형성할 수 있다. 상기 냉연강판을, 예를 들어 10℃/초 ~ 20℃/초 범위의 승온속도로 가열하여, 예를 들어 430℃ ~ 470℃의 범위의 온도에서 30초 ~ 100초 범위의 시간 동안 유지하여 용융아연 도금을 수행한다. 이어서, 1℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 상온으로, 예를 들어 0℃ ~ 10℃의 범위의 온도로 냉각시켜 용융아연 도금강판을 제조할 수 있다.
합금화 열처리단계
상기 용융아연 도금된 냉연강판을, 예를 들어 490℃ ~ 530℃의 범위의 온도에서 10초 ~ 60초 범위의 시간 동안 합금화 열처리를 실시될 수 있다. 상기 단계는(S180), 이전의 용융아연 도금 단계(S170)를 수행한 후에 냉각하지 않고 연속하여 수행할 수 있다. 상기 조건으로 합금화 열처리시 용융아연 도금층이 안정적으로 성장되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 490℃ 미만인 경우에는, 합금화가 충분히 진행되지 못해 용융아연 도금층의 건전성이 저하될 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 530℃를 초과하는 경우에는, 이상역 온도 구간으로 넘어가게 되면서 재질의 변화가 발생할 수 있다. 이어서, 상온으로, 예를 들어 0℃ ~ 10℃의 범위의 온도로 냉각시켜 합금화 용융아연 도금강판을 제조할 수 있다.
제조된 상기 초고강도 냉연강판의 최종 상온 미세조직은 초미세 페라이트, 잔류 오스테나이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가질 수 있다. 상기 페라이트의 분율은, 예를 들어 11% ~ 20% 범위일 수 있다. 상기 잔류 오스테나이트의 분율은, 예를 들어 10% ~ 20% 범위일 수 있다. 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은, 나머지 분율로서 포함될 수 있고, 예를 들어 62% ~ 79% 범위일 수 있다.
제조된 상기 초고강도 냉연강판의 물성은, 항복강도(YP): 850MPa 이상, 인장강도(TS): 1180MPa 이상, 및 연신율(El): 14% 이상, 및 홀확장성(HER): 30% 이상을 만족할 수 있다.
최종 생산 강판의 재질은 항복강도는 850 MPa 이상, 인장 강도는 1180 MPa 이상, 연신율은 14% 이상 (최종 재질 인장 강도×총 연신율 값이 약 20,000이상), 구멍확장성은 30% 이상인 것이 바람직하다. 최종 생산 강판 재질에 영향을 주는 요인으로는 결정립 미세화에 의한 강도 증가 및 잔류 오스테나이트 안정도 확보, 석출 경화에 따른 강도 증가, 변태유기소성현상에 따른 잔류 오스테나이트의 상변태로 강도 및 연신율 확보 및 기본 기지 마르텐사이트 자체로 인한 강도 증가, 페라이트에 의한 연신율 확보 등의 요인이 있다. 최종 재질의 경우 인장 강도×총 연신율 값이 20,000 이상으로 일반적으로 해당 초고강도 강도 수준에서 제안하는 값을 만족하며, 구멍확장성과 같이 살펴보았을 때 동일 강도 비교재 대비 성형성이 유사, 혹은 우위에 있을 것임을 추정할 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.
하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 강을 준비하고, 소정의 열연 및 냉연 공정을 거쳐 실시예들과 비교예들에 따른 냉연강판을 준비하였다. 잔부는 철(Fe)이다.
성분 C Si Mn Al Ti+Nb+V P S N
함량 0.18 1.8 2.8 0.03 0.04 0.008 0.001 0.003
표 2는 비교예들과 실시예들의 냉연강판들을 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.
구분 연화
열처리
온도
(℃)		 소둔
열처리
온도
(℃)		 소둔
유지
시간
(초)		 서냉
속도
(℃/s)		 서냉
종료
온도
(℃)		 급랭
속도
(℃/s)		 급랭
종료
온도
(℃)		 파티
셔닝
열처리
온도
(℃)		 파티
셔닝
유지
시간
(초)
비교예1 없음 850 60 7 750 100 250 430 60
비교예2 700 850 60 7 750 100 250 430 60
실시예1 650 850 60 7 750 100 250 430 60
실시예2 520 850 60 7 750 100 250 430 60
표 2를 참조하면, 비교예1은 연화 열처리를 수행하지 않은 경우이고, 비교예2는 연화 열처리를 700℃에서 수행한 경우이다.
표 3은 상기 제조된 열연강판 및 냉연강판에 대하여, 기계적 물성으로서, 항복강도(YS), 인장강도(TS), 연신율(EL), 및 홀확장성(HER)을 각각 측정하여 그 결과를 나타낸다.
구분 열연강판 냉연강판
항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 홀
확장성
비교예1 1012 1254 14.7 1087 1257 14.5 32
비교예2 425 748 21.2 580 1163 15.3 30
실시예1 646 759 22.5 988 1210 17.4 36
실시예2 863 976 14.7 992 1220 16.5 34
표 3을 참조하면, 실시예들은 냉연강판의 항복강도, 인장강도, 연신율 및 홀확장성 등의 목표 물성을 모두 만족함을 알 수 있다.
비교예1은 연화 열처리를 수행하지 않은 경우로서, 열연강판의 항복강도가 1012 MPa로 높게 나타났다. 이는 하기에 설명하는 바와 같이 냉간 압연 시 압하력의 증가를 야기하게 된다.
비교예2는 연화 열처리를 700℃의 높은 온도에서 수행한 경우로서, 냉연강판의 항복강도 및 인장강도가 목표 수치에 도달하지 못하였다. 따라서, 연화 열처리로서 700℃는 적절하지 않은 것으로 분석된다.
냉간 압연시의 압하력은 200 mm(w) x 2.4 mm (t) 시험 편으로 측정하였다. 상기 압하력은, 비교예1이 1894 ton, 비교예2가 1140 ton, 실시예1이 1098 ton, 및 실시예2가 1415 ton으로 나타났다. 따라서, 실시예들은 비교예1 에 비하여 낮은 압하력을 요구하였다. 이러한 낮은 압하력으로 냉간압연된 실시예들의 최종 물성은 비교예1과 거의 대응한 수치를 가졌다. 참고로, 실시예1에 비하여 연화 열처리 온도가 낮은 실시예2의 경우가 압하력이 더 큰 값으로 나타났다.
표 4는 상기 제조된 열연강판 및 냉연강판에 대하여, 인장강도x연신율 및 압하력을 나타내는 표이다.
구분 열연강판 냉간압연 냉연강판
인장강도
x 연신율
(MPa%)		 압하력
(ton)		 인장강도
x 연신율
(MPa%)		 인장강도
x 연신율
변화율
(%)
비교예1 18433 1894 18226 0.9%
비교예2 15857 1140 17793 1.1%
실시예1 17077 1098 21054 1.2%
실시예2 14347 1415 20130 1.4%
표 4를 참조하면, 실시예들은 40% ~ 75%의 평균 압하율 또는 1800 ton 이하의 낮은 압하력으로 냉간 압연을 실시하는 경우, 인장강도와 연신율이 곱이 20,000 MPa% 이상이며, 인장강도와 연신율 변화율이 1.2% 이상임을 알 수 있다. 이를 통해 연화 열처리 및 낮은 압하력은 성형성 확보에 유리할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 냉연강판의 미세조직을 비교예와 비교하여 나타낸 주사전자현미경 사진들이다.
도 2를 참조하면, 비교예1과 실시예1의 열간압연 후, 연화 열처리 후, 및 소둔 열처리 후의 미세조직이 나타나있다. 다만, 비교예1은 연화 열처리를 수행하지 않았으므로, 연화 열처리 후의 미세조직은 제시하지 않았다.
열간 압연 후의 미세조직은, 합금 성분이 높고, 열간압연 및 권취 과정에서 마르텐사이트 또는 베이나이트와 같은 저온 조직이 일부 발생함을 알 수 있다. 이어서, 연화 열처리를 수행하면, 상기 저온 조직은 페라이트 및 시멘타이트 조직으로 상변태되고, 따라서, 미세조직은 페라이트 기지 상에 시멘타이트가 석출된 조직을 가지게 된다. 이어서, 실시예1은 소둔 열처리 후에는, 페라이트, 잔류 오스테나이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가짐을 알 수 있다. 상기 페라이트의 분율은 11 % ~ 20% 범위이었고, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 10% ~ 20% 범위이었고, 상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 65% 이상이었다.
또한, 높은 압하율로 냉간압연을 실시한 비교예1도 소둔 열처리 후에는 상기 혼합 조직을 가짐을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 연화 열처리 온도에 따른 열연재 및 최종 소둔재 미세조직을 나타내었다.
실시예2에 해당되는 520℃ 연화 열처리 후에는 열연 강판의 미세조직들이 분해되면서, 경계 주변부에서 시멘타이트가 생성되었다. 최종 소둔재 미세조직은 비교예1과 동일한 조직을 가짐을 알 수 있다.
실시예1에 해당되는 650℃ 연화 열처리 후에는 페라이트 및 시멘타이트로 구성된 조직을 가지며, 최종 소둔재 미세조직은 비교예1과 동일한 조직을 가짐을 알 수 있다.
비교예2에 해당되는 700℃ 연화 열처리 후에는, 펄라이트 조직이 생성되었고, 최종 소둔재의 미세조직은 페라이트 분율이 증가하였으며 새로운 마르텐사이트가 생성됨을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (11)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 함량의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N) 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    항복강도(YP): 850MPa 이상, 인장강도(TS): 1180MPa 이상, 및 연신율(El): 14% 이상, 및 홀확장성(HER): 30% 이상을 만족하는,
    초고강도 냉연강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초고강도 냉연강판은,
    페라이트, 잔류 오스테나이트, 및 템퍼드 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하는,
    초고강도 냉연강판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 페라이트의 분율은 11% ~ 20% 범위이고,
    상기 잔류 오스테나이트의 분율은 10% ~ 20% 범위이고,
    상기 템퍼드 마르텐사이트의 분율은 62% ~ 79% 범위인,
    초고강도 냉연강판.
  4. (a) 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 1.6% ~ 2.4%, 망간(Mn): 2.0% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.05%, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 및 바나듐(V)의 함량의 합: 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N) 0% 초과 ~ 0.006%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계;
    (b) 상기 열연강판을 500℃ ~ 680℃ 범위의 온도에서 연화 열처리하는 단계;
    (c) 상기 연화 열처리된 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
    (d) 상기 냉연강판을 Ac3 - 20℃ ~ Ac3 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계;
    (e) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계; 및
    (f) 상기 냉각된 냉연강판을 400℃ ~ 460℃ 범위의 온도에서 파티셔닝 열처리하는 단계;를 포함하는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 준비하는 단계;
    (a-2) 상기 강 슬라브를 1,150℃ ~ 1,250℃ 범위에서 재가열하는 단계;
    (a-3) 상기 재가열된 강 슬라브를 900℃ ~ 950℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
    (a-4) 상기 열연강판을 550℃ ~ 650℃ 범위에서 권취하는 단계를 포함하는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 배치 어닐링 공정(BAF)을 이용하여 수행되고, 1시간 ∼10시간 동안 유지하여 수행되는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 냉연강판을 3℃/초 ~ 10℃/초 범위의 승온속도로 가열하여 830℃ ~ 870℃의 범위의 온도에서 60초 ~ 300초 범위의 시간 동안 유지하는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    (e-1) 상기 소둔 열처리한 냉연강판을 5℃/초 ~ 10℃/초 범위의 냉각속도로 700℃ ~ 800℃ 범위의 온도로 서냉하는 단계; 및
    (e-2) 상기 서냉한 냉연강판을 50℃/초 ~ 100℃/초 범위의 냉각속도로 200℃ ~ 300℃ 범위의 냉각종료온도로 급냉하는 단계;를 포함하는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는, 상기 냉각된 냉연강판을 10℃/초 ~ 20℃/초 범위의 승온속도로 가열하여 400℃ ~ 460℃의 범위의 온도에서 10초 ~ 120초 범위의 시간 동안 유지하는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 (f) 단계를 수행한 후에,
    (g) 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 430℃ ~ 470℃의 온도에서 용융아연도금을 수행하는 단계;를 더 포함하는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (g) 단계를 수행한 후에,
    (h) 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 490℃ ~ 530℃의 범위의 온도에서 10초 ~ 60초 범위의 시간 동안 합금화 열처리를 수행하는 단계;를 더 포함하는,
    초고강도 냉연강판의 제조방법.
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