KR20230078331A - 냉연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 최종 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 이루어지되, 상기 마르텐사이트와 상기 페라이트의 상간 경도차가 2.0GPa 이하인 것을 특징으로 하는, 냉연 강판을 제공한다.

Description

냉연 강판 및 그 제조 방법{COLD-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 냉연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형성이 우수한 냉연 초고장력 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 충돌 법규 강화 및 연비 향상에 대한 시장 요구에 대응하고자 자동차 부품에 적용되는 초고장력강 비율이 확대되고 있다. 형상이 복잡한 부품에 초고장력강 적용 비율이 증가됨에 따라 자동차 업체들은 성형성이 향상된 소재의 개발을 요구하고 있다. 이에 각 소재 밀사들은 2세대 TWIP강, 3세대 TBF/QP강 등 기존 1세대 소재 대비 연신율, 홀확장성 등 성형성이 향상된 강판을 개발하고 있다. 이러한 소재들은 상온에서 안정된 잔류오스테나이트(Retained Austenite)상을 확보함으로써 성형성을 향상시킬 수 있는데, 잔류오스테나이트 상을 안정화하는데 필요한 망간 원소의 함량(약 3% 이상)이 비교적 높으며 파티셔닝 공정을 거친다는 특징을 지닌다. 그러나 망간의 비율이 높아지면 경질상의 불균일한 분포(망간 밴드 구조; Mn band structure)에 따라 성형성이 저하된다는 단점과 파티셔닝 공정을 도입할 경우 신규 설비 라인이 필요하다는 문제점이 발생한다.
1세대 초고장력강 중 DP강판(Dual Phase, 이상조직강)은 연질의 페라이트 기지에 경질의 마르텐사이트가 분포하는 조직을 지니며, 강도와 연성 조합이 우수하다는 장점이 있다. 이에 따라 DP강판은 루프 레일(roof rail), 프런트 사이드 부재(front side member), 바디 필라(body fillar) 등 다양한 부품에 적용되어 자동차용 강판 중 가장 많이 사용된다. 자동차 강판은 주로 드로우, 스트레치 플랜징, 벤딩 공정으로 성형된다. 드로우 공정은 성형 시 강판 전체적으로 변형이 전파되기 때문에 강판의 연신율 및 균일 연신율이 높을수록 성형이 유리하며, 스트레치 플랜징 및 벤딩 공정은 변형이 소재에 국부적으로 집중되기 때문에 높은 국부 연신율 및 가공경화지수(n값)가 필요하다. DP강판을 위와 같은 공정으로 성형할 경우 연질상(페라이트)-경질상(마르텐사이트)의 경도 차이와 불균일한 조직(Mn band structure)에 의해 가공 크랙이 쉽게 발생하기 때문에 소재의 연신율 및 국부 연신율이 저하되어 성형성이 저하된다는 문제가 있다.
1. 대한민국 특허공개번호 2015-0061209호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 보완하여 성형성이 우수한 냉연 강판과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판은 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 최종 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 이루어진다.
상기 냉연 강판의 상기 최종 미세 조직에서 마르텐사이트의 체적 분율은 30 ~ 40%이고, 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상이고, 잔부가 페라이트일 수 있다.
상기 냉연 강판에서, 항복강도(YP): 430 ~ 480MPa, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상, 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25, 홀확장성(HER): 20% 이상일 수 있다.
상기 냉연 강판의 상기 최종 미세 조직에서 결정립의 평균 크기는 4㎛ 미만일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 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 소둔, 냉각 및 도금 공정을 순차적으로 수행하는 단계; 를 포함한다.
상기 냉연 강판의 제조 방법에서, 상기 (b) 단계는 재가열 온도: 1000 ~ 1300℃, 마무리 압연온도: 800 ~ 1100℃, 권취온도: 500 ~ 650℃일 수 있다.
상기 냉연 강판의 제조 방법에서, 상기 (d) 단계는 상기 강재에 대하여 770 ~ 830℃에서 유지한 후 3 ~ 50℃/s의 냉각속도로 650 ~ 730℃까지 1차 냉각하고 50 ~ 150℃/s의 냉각속도로 400 ~ 600℃까지 2차 냉각한 후, 400 ~ 600℃에서 도금 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉연 강판의 제조 방법에서, 상기 (b) 단계를 수행한 후 상기 강재의 미세 조직은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하고, 상기 (d) 단계를 수행한 후 상기 강재의 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 성형성이 우수한 냉연 초고장력 강판과 그 제조 방법을 구현할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 기존 이상(Dual Phase)조직인 마르텐사이트-페라이트 조직에 잔류오스테나이트 상을 구현시킴으로서 연신율, 균일 연신율, n값을 향상시킨 성형성이 우수한 냉연 초고장력 강판과 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 냉연 강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판의 제조 방법에서 소둔, 냉각 및 도금 공정을 포함하는 열처리 개요를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 냉연 강판의 미세 조직을 도식적으로 도해한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예(실험예1)의 결정립 미세화를 확인하기 위하여 최종 미세 조직을 촬영한 사진이고, 도 5는 본 발명의 비교예(실험예7)의 결정립 미세화를 확인하기 위하여 최종 미세 조직을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예(실험예1)의 잔류오스테나이트 분율을 나타내는 사진이고, 도 7은 본 발명의 비교예(실험예9)의 잔류오스테나이트 분율을 나타내는 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 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 불균일한 조직, 연신율 저하의 문제를 극복할 수 있는 냉연 강판과 그 제조 방법의 구체적인 내용을 제공하고자 한다.
강판
본 발명의 일 실시예에 따르는 냉연 강판은 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 이하에서는, 상기 냉연 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명한다.
탄소(C)
탄소(C)는 강의 강도를 확보하기 위하여 첨가하며, 냉연 강판의 최종 조직에서 마르텐사이트의 강도 상승을 유발하여 강판의 전체 강도 증가에 효과적인 원소이다. 이와 동시에 오스테나이트 안정화 원소로서 상온에서의 잔류오스테나이트 확보에 효과적인 원소이다. 한 구체예에서 상기 탄소(C)는 냉연 강판 전체 중량에 대하여 0.10 ~ 0.20중량% 포함된다. 상기 탄소의 첨가량이 0.10중량% 미만인 경우 강도 상승 효과가 부족하고, 상기 탄소가 0.20중량% 초과 시 마르텐사이트의 강도 증가를 유발하여 강판의 전체 강도 증가와 페라이트 및 마르텐사이트 상간 경도차를 증가시킴으로써 홀확장성 저하를 발생시키며, 탄소당량(CEQ)이 증가하여 점용접성이 저하되는 문제점이 발생한다.
규소(Si)
규소(Si)는 페라이트 안정화 원소로서 페라이트 내 탄화물의 형성을 지연시키며, 고용 강화 효과가 있다. 본 발명에서 규소는 페라이트 내 고용되어 페라이트 강도를 증가시켜 페라이트 및 마르텐사이트 상간 경도차를 감소시키는 원소이다. 또한, 규소는 페라이트 내 전위 밀도를 증가시켜 n값 향상에 효과적인 원소이다. 규소는 냉연 강판 전체 중량에 대하여 0.20 ~ 1.00중량%로 첨가되는 것이 바람직하며 0.20중량% 미만일 경우 탄화물 형성 억제 효과를 제대로 발휘할 수 없고 연신율 확보가 어려우며, 1.00중량%를 초과하는 경우 제조 과정에서 표면에 Si계 산화물(Mn2SiO4 등)을 형성하여 도금성이 저해되고, 외관 표면이 저하되며, 탄소 당량을 높여 용접성을 저하시킬 수 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 냉각 중 오스테나이트를 안정화시킴으로써 펄라이트 및 베이나이트와 같은 제 3 상이 형성되는 것을 억제함과 동시에 마르텐사이트 분율 확보에 효과적인 합금 원소이다. 또한 망간은 고용 강화 효과가 있고 소입성을 증대시켜 강도 향상에 기여 한다. 즉, 망간은 저온 변태상의 형성을 용이하게 하며 고용 강화로 강도를 상승시키는 효과를 제공하는 원소이다. 망간의 일부는 강 속에 고용되며 일부는 강중에 함유된 황과 결합하여 비금속개재물인 MnS를 형성하는데 이 MnS는 연성이 있어서 소성 가공 시 가공 방향으로 길게 연신된다. 그러나 MnS의 형성으로 강 속에 있는 황 성분이 감소하면서 결정립이 취약해지고 저융점화합물인 FeS의 형성을 억제시킨다. 망간은 냉연 강판 전체 중량에 대하여 1.00 ~ 3.00중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 함량이 1.00중량% 미만일 경우 제 3 상의 형성 및 마르텐사이트 분율이 저하되고 상술한 효과가 충분하지 않아 강도 확보가 어려우며, 3.00중량%를 초과하는 경우 경질상의 분율 증가에 따른 강도 초과 및 불균일한 Mn 밴드조직 형성에 따른 굽힘성 저하 우려가 있으며, MnS등 개재물의 형성이나 편석으로 인한 가공성 저하와 지연 파괴 저항성이 저하되고 탄소 당량을 높여 용접성을 저하시킬 수 있다.
인(P)
인(P)은 고용 강화에 의해 강도의 강도를 높이며, 탄화물의 형성을 억제하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 인은 냉연 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.002중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 인의 첨가 시에 고용 강화 의해 강도의 향상에 도움을 줄 수는 있지만, 인의 함량이 0.002중량%를 초과하는 경우에는 입계 편석하여 강의 인성 및 소재 용접성을 저하시킨다. 나아가, 용접부가 취화되며 저온취성이 유발되며 프레스 성형성이 저하되고 충격 저항을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
황(S)
황(S)은 망간 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선시키며 미세 MnS의 석출물을 형성할 수 있으나, 일반적으로 굽힘 등 부품 성형성을 저하시키며 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. 상기 황은 냉연 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.006중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 황의 함량이 0.006중량%를 초과할 경우, MnS 개재물 수가 증가하여 가공성 및 용접성이 열위되며, 연속 주조 응고 중에 편석되어 고온 크랙이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 소재의 연성 및 도금성 확보에 유리하며, 페라이트 청정화 원소로서 페라이트 내부 탄화물 석출을 억제하여 페라이트의 연성을 향상시키는 합금 원소이다. 규소 대비 산화력이 강하여 도금재의 내부에 Al이 먼저 산화되며, 이에 따라 표층부의 Si계 산화물 형성을 억제, 도금 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 알루미늄은 탈산제로 주로 사용하는 원소로서, 페라이트 형성을 촉진하며 연신율을 향상시키며, 탄화물 형성을 억제하고, 오스테나이트 내 탄소 농화량을 증진하여 오스테나이트를 안정화시킨다. 또한, 알루미늄은 열연 코일 내 망간 밴드의 형성을 억제하는데 효과적인 원소이다. 상기 알루미늄(Al)은 냉연 강판 전체 중량에 대하여 0.30 ~ 1.30중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.30중량% 미만일 경우에는 소재의 연신율 및 도금 특성 향상 효과가 미비하며, 상술한 알루미늄 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 있다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 1.30중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 A1, A3 변태점을 상승시킴으로써 초기 오스테나이트 분율 확보를 위하여 고온 소둔을 해야 하는 문제점이 있으며, 알루미늄 개재물이 증가하여 연주성을 저하시키며 강판의 표면에 농화되어 도금성이 저하되고 슬라브 내 AlN을 형성하여 주조 또는 열연 중 크랙을 유발하는 문제점이 있다.
크롬(Cr)
크롬(Cr)은 경화능 원소로서 마르텐사이트 분율 확보에 용이하여 첨가 시 소재의 강도를 확보할 수 있는 원소이다. 그리고, 고용강화 및 소입성을 증대를 통하여 강의 강도 향상에 기여하는 합금 원소이다. 상기 크롬은 냉연 강판 전체 중량에 대하여 0.01 ~ 1.50중량% 포함된다. 상기 크롬을 0.01중량% 미만으로 포함할 경우, 냉각 중 펄라이트 및 베이나이트를 형성하여 강도가 낮아지며, 1.50중량% 초과하여 포함시 강의 강도 상승 및 연신율 하향을 유발할 수 있으며, 용접성을 저해할 수 있다.
질소(N)
질소(N)는 연신율을 저해하여 강의 성형성을 열화시킨다. 질소의 함량이 낮으면 낮을수록 좋으나 낮은 함량으로 관리하는 경우 강의 제조 비용이 증가할 수 있다. 상기 질소는 냉연 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.006중량% 이하로 포함될 수 있다. 질소의 함량이 0.006중량%를 초과할 경우 냉연 강판의 연신율이 저하될 수 있다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판은 항복강도(YP): 430 ~ 480MPa, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상, 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25, 가공지수 R/t(0°): 1이하, 가공지수 R/t(90°): 1이하 및 홀확장성(HER): 20% 이상의 우수한 물성을 가질 수 있다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 냉연 강판의 최종 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 이루어지되, 상기 최종 미세 조직에서 마르텐사이트의 체적 분율은 30 ~ 40%이고, 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)이고, 잔부가 페라이트일 수 있다. 상기 최종 미세 조직에서 결정립의 평균 크기는 4㎛ 미만일 수 있다. 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트는 페라이트 결정립과 인접한 페라이트 결정립 사이의 경계(grain boundary) 영역에 형성될 수 있다.
이하에서는 상술한 조성과 미세 조직을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판의 제조 방법을 설명한다.
냉연 강판의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 냉연 강판의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판의 제조 방법에서 소둔, 냉각 및 도금 공정을 포함하는 열처리 개요를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 강판의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강재를 제공하는 단계(S10); (b) 상기 강재를 열간 압연하는 단계(S20); (c) 상기 열간 압연된 강재에 대하여 냉간 압연하는 단계(S30); 및 (d) 상기 냉간 압연된 강재에 대하여 소둔, 냉각 및 도금 공정을 순차적으로 수행하는 단계(S40); 를 포함한다.
상기 (b) 단계(S20)는 재가열 온도: 1000 ~ 1300℃, 마무리 압연온도: 800 ~ 1100℃, 권취온도: 500 ~ 650℃인 것을 특징으로 한다.
열간 압연을 위해 1000 ~ 1300℃ 사이에서 재가열 처리를 해주며, 열간압연 종료 온도는 800 ~ 1100℃ 범위에서 진행할 수 있다.
재가열 과정을 통해 오스테나이징 처리를 해주며 편석 성분 및 석출물을 재고용 시킨다. 예를 들어, 슬라브는 제강 공정을 통해 얻은 용강을 연속 주조하여 반제품 형태로 제조되고, 재가열 공정을 통하여 주조 공정에서 발생한 성분 편석을 균질화하고, 열간 압연할 수 있는 상태로 만든다. 슬라브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)가 1000℃ 미만이면, 슬라브의 편석이 충분히 재고용 되지 못하는 문제가 있고, 1300℃를 초과하면 오스테나이트 결정립의 크기가 증가하며, 공정 비용이 상승할 수 있다.
마무리 압연온도가 800℃보다 낮아지면 압연 부하가 급격히 증가하여 생산성이 저하되고, 1100℃를 초과하는 경우 결정립의 크기가 증가하여 강도가 감소할 수 있다.
열간압연 이후 냉각은 1 ~ 150℃/s 의 냉각 속도로 진행하는데, 이때 냉각 속도가 빠르면 평균 결정립도 감소에 유리할 수 있다. 권취 온도는 500 ~ 650℃ 범위에서 설정하며 결정립 크기와 망간 밴드 간격을 감소시키는 것을 특징으로 한다. 이때 권취 온도까지의 냉각 속도는, 예를 들어, 1 ~ 150℃/s로 하며 공랭 및 수냉을 포함할 수 있다. 500℃ 미만의 권취 온도는 열연 코일의 형상 불균일 및 냉간 압연시 부하를 유발할 수 있으며, 650℃를 초과하는 권취 온도는 코일 내 냉각 속도 차이에 의한 불균일 미세 조직 및 결정립 조대화에 의한 연신율 감소를 야기할 수 있다.
상기 (b) 단계(S20)를 수행한 후 상기 강재의 미세 조직은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계(S30)의 냉간 압연 시 압하율은 40 ~ 80%가 바람직하며 압하율이 높을수록 조직 미세화 효과로 인한 성형성 상승 효과를 기대할 수 있다. 압하율을 40% 미만으로 설계할 경우 균일한 미세 조직을 얻기 어려우며 80%를 초과하여 설계할 경우 롤 포스가 높아져 공정부하가 높아지는 문제점이 있다.
상기 (d) 단계(S40)는 상기 강재에 대하여 770 ~ 830℃에서 유지한 후, 3 ~ 50℃/s의 냉각속도로 650 ~ 730℃까지 1차 냉각하고, 50 ~ 150℃/s의 냉각속도로 400 ~ 600℃까지 2차 냉각한 후, 400 ~ 600℃에서 도금 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
소둔, 냉각 및 도금 열처리 공정을 구체적으로 살펴보면, 1 ~ 10℃의 승온 속도로 Ac1 이상, Ac3 이하의 온도까지 승온한다. 예를 들어, 770 ~ 830℃ 사이 온도(이상역 구간)까지 승온 후 60 ~ 600초 유지(I)한다.
이후 평균 3 ~ 50℃/s의 냉각속도로 650 ~ 730℃까지 1차 냉각(II)하고, 50 ~ 150℃/s의 냉각속도로 400 ~ 600℃까지 2차 냉각(III)을 한다. 1차 냉각 영역(II)을 서냉 영역(SCS; Slow Cooling Section)으로 구분하고, 2차 냉각 영역(III)을 급랭 영역(RCS; Rapid Cooling Section)으로 구분할 수 있다. 상기 냉각 공정을 단계적으로 수행한 후 400 ~ 600℃의 온도 범위에서 일정 시간 유지(IV)한다. 나아가, 400 ~ 600℃의 온도 범위에서 용융아연도금 후 합금화 공정(IV)을 거친 뒤 냉각속도 1 ~ 100 ℃의 평균 냉각 속도로 냉각시킨다.
상술한 제조 방법에 의해 구현된 냉연 강판의 최종 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 구성된 최종 조직을 가진다. 상기 최종 미세 조직에서 마르텐사이트의 체적 분율은 30 ~ 40%이고, 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)이고, 잔부가 페라이트일 수 있다. 상기 최종 미세 조직에서 결정립의 평균 크기는 4㎛ 미만일 수 있다. 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트는 페라이트 결정립과 인접한 페라이트 결정립 사이의 경계(grain boundary) 영역에 형성될 수 있다.
또한 상술한 제조 방법에 의해 구현된 최종적인 냉연 강판은 항복강도(YP): 430 ~ 480MPa, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상, 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25, 가공지수 R/t(0°): 1이하, 가공지수 R/t(90°): 1이하 및 홀확장성(HER): 20% 이상의 우수한 물성을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 냉연 강판의 미세 조직을 도식적으로 도해한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉연 강판의 물성을 비교하기 위하여 기존에 사용되고 있는 780MPa급 DP 강판을 비교예로 도입하였다. 본 발명의 실시예에 따른 냉연 강판의 최종 미세 조직은 페라이트(α), 마르텐사이트(α') 및 잔류오스테나이트(γ)로 구성된 최종 조직을 가진다. 상기 최종 미세 조직에서 마르텐사이트(α')의 체적 분율은 30 ~ 40%이고, 잔류오스테나이트(γ)의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)이고, 잔부가 페라이트(α)일 수 있다. 상기 최종 미세 조직에서 결정립의 평균 크기는 4㎛ 미만일 수 있다. 비교예와 달리 실시예에서는 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트(γ)를 포함하되 잔류오스테나이트(γ)는 페라이트(α) 결정립과 인접한 페라이트(α) 결정립 사이의 경계(grain boundary) 영역에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉연 강판은 본 발명의 비교예에 따른 냉연 강판 대비 연신율 및 n값이 우수하여 부품 성형시 우수한 성형성을 확보할 수 있다.
선행기술1 (특허 10-2012-0070739)은 상온에서 10 ~ 40% 오스테나이트, 잔부 페라이트로 구성된 조직을 구현하여 우수한 인장강도와 연신율을 지닌 강판을 개발했다고 보고했다. 그러나 3% 이상의 Mn 및 1% 이상의 Si 함량에 따라 불균일한 조직 형성 및 용융도금성이 저하된다는 단점이 있다.
선행기술2 (특허 10-1892661)의 경우 파티셔닝 공정을 통해 3 ~ 23% 오스테나이트, 10% 이하 페라이트, 그 외 마르텐사이트로 구성된 조직을 구현함으로써 강도 및 연신율을 개선했다고 보고했다. 그러나 파티셔닝 공정을 위한 신규 설비 라인이 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은 기존 통상의 라인(Conventional Line)을 이용하였다. 또한 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 구성된 미세 조직을 얻기 위해 중탄 성분계를 적용하였으며 균일한 조직을 구현하기 위해 Mn 함량을 낮게 설계하였다. 낮은 Mn에 의한 강도 하향 보상 목적으로 Cr을 첨가하였으며, Al 및 Si을 첨가하여 성형성 향상을 도모하였다. 따라서 본 발명재의 경우 일반적인 CGL 설비를 이용하여 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트를 구현함으로써 전체 연신율, 균일 연신율, 가공경화지수, 굽힘성과 같은 성형성이 우수한 강판을 개발하였다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 다음의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 다음의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 시편의 조성
본 실험예에서는 표 1의 합금 원소 조성(단위: 중량%, 단, 질소의 단위는 ppm)을 가지는 시편들을 제공한다.
표 1을 참조하면, 강종 A는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판의 조성인 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)을 만족한다.
강종 C Si Mn P S Al Cr N(ppm)
A 0.170 0.50 2.00 0.015 0.001 0.30 0.10 40
B 0.150 0.20 2.10 0.015 0.001 0.20 0.10 40
C 0.150 0.70 3.10 0.015 0.001 0.10 0.08 40
D 0.100 0.20 2.10 0.015 0.001 0.40 0.00 40
E 0.070 0.30 2.40 0.015 0.001 0.20 0.20 40
이와 달리, 강종 B는 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 강종 C는 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%의 범위를 상회하여 만족하지 못하며 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%의 범위를 하회하여 만족하지 못한다. 강종 D는 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 강종 E는 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량% 및 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%의 범위를 하회하여 만족하지 못한다.
2. 공정 조건 및 물성 평가
표 2는 표 1에 개시된 조성을 가지는 시편들에 대하여 적용한 공정 조건을 나타낸 것이다.
실험예 강종 도금
여부		 권취온도
(℃)		 소둔온도
(℃)		 SCS
(℃)		 RCS
(℃)
1 A 미도금 520 800 700 480
2 A 미도금 660 800 700 480
3 B 미도금 550 840 670 480
4 B 미도금 610 760 700 480
5 C 미도금 660 800 670 480
6 C 미도금 520 840 670 480
7 D 미도금 520 860 700 480
8 D 미도금 560 800 640 480
9 E 미도금 540 860 700 470
10 E 미도금 550 860 700 470
표 2에서 소둔온도는 도 2의 소둔공정(I)의 온도에 해당하며, SCS 항목은 1차 냉각 종료온도로서 도 2의 1차 냉각 공정(II)이 종료되는 온도에 해당하며, RCS 항목은 2차 냉각 종료온도로서 도 2의 2차 냉각 공정(III)이 종료되는 온도에 해당하며, 온도의 단위는 ℃이다.
실험예1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판 제조 방법의 조성범위를 만족하며, 권취온도: 500 ~ 650℃, 소둔온도: 770 ~ 830℃, 1차 냉각 종료온도(SCS): 650 ~ 730℃, 2차 냉각 종료온도(RCS): 400 ~ 600℃의 공정 조건 범위를 모두 만족한다.
이에 반하여, 실험예3 내지 실험예10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉연 강판 제조 방법의 조성범위를 만족하지 못하며, 나아가, 실험예2, 실험예5는 권취온도: 500 ~ 650℃의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 실험예4는 소둔온도: 770 ~ 830℃의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 실험예7, 실험예9, 실험예10은 소둔온도: 770 ~ 830℃의 범위를 상회하여 만족하지 못하며, 실험예8은 1차 냉각 종료온도(SCS): 650 ~ 730℃의 범위를 하회하여 만족하지 못한다.
표 3은 표 1 및 표 2에 개시된 조성과 공정 조건을 적용한 결과 구현된 조직과 물성을 나타낸 것이다.
실험예 조직 크기
(㎛)		 분율
(F)		 분율
(M)		 분율
(A)		 YP
(MPa)		 TS
(MPa)		 Total-El
(%)		 U-El
(%)		 n 벤딩
(0˚)		 벤딩
(90˚)		 홀확장성
(%)
1 F+M+A 2.5 63 32.8 4.2 460 833 26 17.9 0.23 1 1 23
2 F+M+A 3.1 61 35.2 3.8 455 811 27 18.5 0.20 1 1 19
3 F+M+A 3.2 65 30.9 4.1 465 840 18 12.5 0.17 3 3 17
4 F+M+A 3.2 67 29.5 3.5 440 850 19 13.3 0.17 3 3 18
5 F+M+A 2.7 65 32.2 2.8 430 778 28 17.1 0.18 2 2 20
6 F+M+A 2.9 62 35.0 3.0 437 780 29 17.5 0.18 2 2 21
7 F+M+A 3.6 65 32.1 2.9 490 830 21 12.6 0.15 3 3 19
8 F+M+A 3.3 66 31.9 2.1 450 825 14 10.1 0.15 3 3 17
9 F+M+A 3.5 63 36.9 0.1 434 820 24 14.8 0.13 1 1 25
10 F+M+A 3.6 62 37.9 0.1 430 817 25 15.0 0.13 1 1 26
표 3에서 조직 F+M+A는 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 이루어짐을 의미하고, 크기는 평균결정립크기(단위: ㎛)를 의미하고, 분율(F)은 페라이트의 체적분율(단위:%)을 의미하고, 분율(M)은 마르텐사이트의 체적분율(단위:%)을 의미하고, 분율(A)은 잔류오스테나이트의 체적분율(단위:%)을 의미하고, YP는 항복강도(단위: MPa)를 의미하고, TS는 인장강도(단위: MPa)를 의미하고, Total-El은 총 연신율(단위: %)을 의미하고, U-El은 균일 연신율(단위: %)을 의미하고, n은 가공경화지수를 의미하고, 벤딩(0°)은 가공지수 R/t(0°)를 의미하고, 벤딩(90°)은 가공지수 R/t(90°)를 의미한다.
표 3을 참조하면, 실험예1은 본 발명의 실시예로서, 최종 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 이루어지되, 상기 최종 미세 조직에서 마르텐사이트의 체적 분율은 30 ~ 40%이고, 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)이고, 잔부가 페라이트를 만족하고, 결정립의 평균 크기는 4㎛ 미만이고, 항복강도(YP): 430 ~ 480MPa, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상, 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25, 가공지수 R/t(0°): 1이하, 가공지수 R/t(90°): 1이하 및 홀확장성(HER): 20% 이상임을 확인할 수 있다.
한편, 실험예2는 본 발명의 비교예로서, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa 및 확장성(HER): 20% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 실험예3은 본 발명의 비교예로서, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상 및 홀확장성(HER): 20% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 가공지수 R/t(0°): 1이하 및 가공지수 R/t(90°): 1이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
실험예4는 본 발명의 비교예로서, 상기 최종 미세 조직에서 마르텐사이트의 체적 분율은 30 ~ 40%의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상 및 홀확장성(HER): 20% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 가공지수 R/t(0°): 1이하 및 가공지수 R/t(90°): 1이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
실험예5는 본 발명의 비교예로서, 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 가공지수 R/t(0°): 1이하 및 가공지수 R/t(90°): 1이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
실험예6은 본 발명의 비교예로서, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa의 범위를 하회하여 만족하지 못하며, 가공지수 R/t(0°): 1이하 및 가공지수 R/t(90°): 1이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
실험예7은 본 발명의 비교예로서, 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상, 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25 및 홀확장성(HER): 20% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 항복강도(YP): 430 ~ 480MPa, 가공지수 R/t(0°): 1이하 및 가공지수 R/t(90°): 1이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
실험예8은 본 발명의 비교예로서, 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상, 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25 및 홀확장성(HER): 20% 이상의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 가공지수 R/t(0°): 1이하 및 가공지수 R/t(90°): 1이하의 범위를 상회하여 만족하지 못한다.
실험예9는 본 발명의 비교예로서, 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상 및 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25의 범위를 하회하여 만족하지 못한다.
실험예10은 본 발명의 비교예로서, 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)의 범위를 하회하여 만족하지 못하고, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa 및 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25의 범위를 하회하여 만족하지 못한다.
도 4는 본 발명의 실시예(실험예1)의 결정립 미세화를 확인하기 위하여 최종 미세 조직을 촬영한 사진이고, 도 5는 본 발명의 비교예(실험예7)의 결정립 미세화를 확인하기 위하여 최종 미세 조직을 촬영한 사진이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예(실험예1)는 결정립 평균 크기가 2.5㎛이고, 본 발명의 비교예(실험예7)는 결정립 평균 크기가 3.6㎛임을 확인할 수 있는 바, 비교예 대비 실시예의 결정립 미세화가 구현됨을 이해할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예(실험예1)의 잔류오스테나이트 분율을 나타내는 사진이고, 도 7은 본 발명의 비교예(실험예9)의 잔류오스테나이트 분율을 나타내는 사진이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예(실험예1)는 잔류오스테나이트의 체적분율이 4.2%이고, 본 발명의 비교예(실험예9)는 잔류오스테나이트의 체적분율이 0.1%임을 확인할 수 있는 바, 실시예는 상기 최종 미세 조직에서 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상(최대 10%)의 범위를 만족함을 확인할 수 있다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 의하면, 기존 DP조직(마르텐사이트-페라이트)에 잔류오스테나이트 상을 구현시킴으로서 연신율, 균일 연신율, n값을 향상시킨 성형성이 우수한 냉연 강판을 구현할 수 있음을 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 (8)

  1. 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    최종 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트로 이루어진,
    냉연 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 미세 조직에서 마르텐사이트의 체적 분율은 30 ~ 40%이고, 잔류오스테나이트의 체적 분율은 3% 이상이고, 잔부가 페라이트인 것을 특징으로 하는,
    냉연 강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    항복강도(YP): 430 ~ 480MPa, 인장강도(TS): 820 ~ 870MPa, 총 연신율(EL): 20% 이상, 균일 연신율(U-EL): 15% 이상, 가공경화지수(n): 0.17 ~ 0.25, 홀확장성(HER): 20% 이상인 것을 특징으로 하는,
    냉연 강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 미세 조직에서 결정립의 평균 크기는 4㎛ 미만인 것을 특징으로 하는,
    냉연 강판.
  5. (a) 탄소(C): 0.10 ~ 0.20중량%, 규소(Si): 0.20 ~ 1.00중량%, 망간(Mn): 1.00 ~ 3.00중량%, 인(P): 0 초과 0.002중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.006중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.30 ~ 1.30중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 1.50중량%, 질소(N): 0 초과 0.006중량% 이하 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 소둔, 냉각 및 도금 공정을 순차적으로 수행하는 단계; 를 포함하는,
    냉연 강판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 재가열 온도: 1000 ~ 1300℃, 마무리 압연온도: 800 ~ 1100℃, 권취온도: 500 ~ 650℃인 것을 특징으로 하는,
    냉연 강판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 강재에 대하여 770 ~ 830℃에서 유지한 후 3 ~ 50℃/s의 냉각속도로 650 ~ 730℃까지 1차 냉각하고 50 ~ 150℃/s의 냉각속도로 400 ~ 600℃까지 2차 냉각한 후, 400 ~ 600℃에서 도금 공정을 수행하는 단계를 포함하는,
    냉연 강판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계를 수행한 후 상기 강재의 미세 조직은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하고,
    상기 (d) 단계를 수행한 후 상기 강재의 미세 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트를 포함하는,
    냉연 강판의 제조 방법.
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