KR950003292B1 - 프레스가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

프레스가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법

제 1도는 열연조건에 따른 강의 미세조직변화를 나타내는 조직사진.

제 2도는 인장강도에 따른 강의 연신율 변화를 나타내는 그래프.

제 3도는 인장강도와 인장강도×연신율의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이며 보다 상세히는 프로세가동성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

1960년대 말 미국에서 제정된 자동차 안전 규제법에 대응하기 위해 개발이 시작된 인장강도 35kgf/mm²이상인 고강도 냉연강판은 '73년과 '79년의 1,2차 석유파동을 계기로 한층 가속화되었다.

지금까지 개발된 자동차용 고강도 냉연강판은 다소 복잡한 모양으로 성형되는 내·외판용 강판에 적당한 인장강도 35-45kgf/mm²급의 가동성이 우수한 고강도 냉연강판과, 자동차의 보강재용과 같이 가동성은 별로 요구되지 않으나 높은 강도 수준을 요구하는 부분등에 적당한 인장강도 45-100kgf/mm²급의 고강도 냉연강판으로 크게 구분될 수 있다. 후자에 속하는 고강도 냉연강판의 제조방법으로는 실리콘(Si), 망간(Mn, 인(P)등의 고용강화원소의 첨가에 이해 강화시킨 고용강화강, 니오븀(Nb), 티타늄(Ti)등의 탄질화물 형성원소를 첨가함으로서 미세 석출물을 석출시켜 강화시킨 석출강화강 및 강을 오스테나이트의 페라이트의 2상영역 온도에서 열처리한후 급냉함으로서 최종조직에 경질상(硬質相)인 마르텐사이트상을 형성함으로서 강화하는 복합조직강화법등이 있으며, 특히 인장강도가 80kgf/mm²이상인 고강도 냉연강판을 특별히 초고강도 냉연강판이라고 부르고 있다.

한편 이와 같은 초고강도 냉연강판의 재질수준은 인장강도 뿐만 아니라 강도와 연성의 조합 즉 인장강도×연신율의 조합도 중요한 관리 포인트(Point)의 하나로써 동일한 강도 수준에서도 이 값이 높을수록 가공성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 통상 인장강도 80kgf/mm²급의 초고강도강에서는 강도×연신율 조합이 2000kgf/mm²·% 이상의 값을 가질 경우 프레스 가공성이 우수한 것으로 판단한다.

자동차의 측면 충돌시 충격을 흡수함으로써 도어(door)의 변형을 최소화하도록 사용하는 도아 가드바(Door guard bar)의 경우에 미국등에서는 측면충돌 안정성이 법규화되어 있어 이를 만족시키기 위해 60kgf/mm²급의 고강도 냉연강판을 사용하고 있으나 이들 부분들은 항상 응력을 받는 것이 아니고 충돌시에만 변형하여 충돌에너지를 흡수하는 역할을 하기 때문에 가능하면 경량화를 시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 부분의 경량화는 기존의 60kgf/mm²급 고강도 냉연강판을 인장강도 80-100kgf/mm²급의 초고강도 냉연강판을 사용함으로서 가능하게된다.

초고강도 냉연강판의 제조방법에는 재결정을 지연시키는 티타늄(Ti)등을 첨가하여 미세한 석출물을 석출시켜 고강도화시킨 열연강판을 냉간압연한후 재결정온도 이하에서 상소둔함으로서 페라이트의 회복조직강화를 이용하여 강화시키는 회복조직강화법, 오스테나이트 단상영역 혹은 페라이트와 오스테나이트의 2상영역에서 짧은 시간동안 가열한후 가스 제트 냉각(Gas jet cooling)이나 수냉등의 빠른 냉각을 이용하여 오스테나이트의 일부 또는 전부를 마르텐사이트로 변태시키거나, 일부 베이나이트로 변태시켜 강화하는 변태조직 강화법, 이상의 2가지 방법을 조합하여 연속소둔에 의해 제조하는 회복소둔형 변태조강화법등이 있다.

그러나 이상의 어떤 방법도 인장강도 800kgf/mm²급 이상에서 연신율 20% 이상의 확보가 곤란하므로 벤딩(Bending)에 의해 주로 성형되는 롤 포밍(Rill forming)법을 사용하여 초고강도 냉연강판의 성형이 이루어짐에 따라 생산성등이 극히 나쁜 실정이다.

이에 본 발명의 목적은 종래의 고강도 냉연강판에 비하여 동일한 강도를 가지면서도 높은 연성을 가짐으로써 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 의하면 저탄소 알루미늄 킬드(Al-killed)강에 강화원소로서 망간(Mn), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo)등을 첨가한 강을 통상의 방법으로 열간압연한 후 400-600℃에서 권취하여 줌으로서 열연조직을 페라이트와 베이나이트등으로 이루어지게 하고 냉간압한 후 연속소둔한 소둔판에 일부 오스테나이트를 잔류시켜 넥킹(Necking)이 높은 변형 영역에서 일어나도록 함으로서 연성을 향상시키고 이를 이용하여 프레스 가공성이 우수한 초공강도 냉연강판을 제조한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의하면 탄소(C) 0.08-0.20wt%(이하 중량%임), 실리콘(Si) 0.8-2.0%, 망간(Mn), 1.0-2.5%, 몰리브덴(Mo) 0.10-0.30% 알루미늄(A1) 0.03-0.08%에 질소(N), 인(P), 황(S)등 소량의 불순물을 함유하는 저탄소 알루미늄 킬드(Al-killed)강을 소재로 하여 1200-1250℃에서 균질화 처리한 후, 통상의 방법으로 열간압연한 뒤 400-600℃에서 권취하고 30-85%의 냉간압하율로 냉간압연한 후 720-860℃의 온도범위에서 20-120초 유지하여 연속소둔하고 이어서 500-300℃ 영역에서 과시효처리하여 상온에서 일부잔류 오스테나이트를 형성시키고 이를 이용하여 강도와 연성의 조합을 향상시킴으로써 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판을 제조하는 방법이 제공된다.

이하 본 발명의 방법에 사용되는 강의 화학조성 및 본 발명의 방법을 실시하는 제조공정에 대하여 상술한다.

탄소량은 0.08wt% 이하로 되면 소정의 강도 수준 확보 및 연성확보를 위한 잔류 오스테나이트형성이 불충분하게되고 0.20wt% 이상으로 첨가시 탄소 당량을 증가시켜 용접성을 크게 악화시키므로 탄소첨가량을 0.08-0.20wt%로 제한하였다.

실리콘(Si)은 오스테나이트와 페라이트의 2상영역에서 소둔하여 냉각시 초석 페라이트의 형성을 촉진하며, 과시효처리시 탄화물의 석출을 억제하여 베이나이트 변태를 지연함으로써 오스테나이트상으로의 탄소농화를 촉진시키는 원소로써 잔류 오스테나이트 생성을 촉진시키는 원소이지만, 2.0wt% 이상으로 첨가되면 도장성 및 내식성을 저하시키게될 뿐만 아니라 플래서 버트(Flash Butt) 용접시 용접부에 산화물을 형성하여 용접성을 현저히 악화시키게되고 0.8wt% 이하 첨가하는 경우에는 잔류 오스테나이트의 형성량이 적어 강도와 연성의 조합이 나빠진다.

또 망간은 황(S)에 의한 적열취성을 방지하고 고용강화 효과를 나타내며, 강중 탄소와의 친화력에 의해 세멘타이트(Cementite)의 석출을 억제시킴으로써 잔류 오스테나이트의 생성을 촉진시키므로 강도와 연성의 적정조합을 확보하기 위해서는 1.0wt% 이상이 필요하나, 2.5wt% 이상이 되면 냉간압연과 재결정소둔후에 미소편석을 일으켜 소둔판의 가동성을 해치므로 상한치를 2.5wt%로 제한하였다.

알루미늄은 알루미늄 킬드강에서 탈산제 및 시효현상에 의한 재질의 열화방지를 목적으로 첨가되지만, 0.03wt% 이하에서는 탈산력이 부족하고 0.08wt% 이상으로 되면 탈산효과의 포화현상을 나타내므로 0.03-0.08wt%로 첨가량을 제한하였으며, 이는 A1-킬드강에서의 통상적인 량이다.

질소는 과다 첨가시 시효성 열화의 문제점이 있으므로 0.007wt% 이하로 제한하였다. 또, 몰리브덴(Mo)은 실리콘(Si)등과 같이 페라이트 안정화원소로써 잔류 오스테나이트 형성에 매우 유리한 원소이며 또 몰리브덴 석출물에 의한 석출강화 효과도 나타내므로 강도와 연성의 조합을 위해서는 0.10wt% 이상의 첨가가 요구되나, 0.30wt% 이상 첨가시 베이나이트상의 분율이 증가하여 강도는 증가하지만 연성이 급격히 저하하여 강도와 연성의 조합을 나쁘게 할뿐만 아니라 냉간압연도중에 크랙(Crack)등이 발생하여 압연성이 크게 저하하는문제점이 있으므로 첨가량을 0.10-0.30wt%로 제한 하였다.

위의 조성으로 용해된 강을 오스케나이트상이 가능한 조대화할수 있도록 슬라브 재가열온도는 오스테나이트 단상영역인 1200-1250℃ 에서 1시간 정도 균질화 처리하여 주고 통상의 방법으로 열간압연을 실시한후 400-600℃에서 열연 권취하여 열연조직을 페라이트와 베이나이트 상태로 만든다. 권취온도가 600℃ 이상이 되면 연신율은 다소 증가하나 인장강도가 목표로하는 수준에 도달하지 못하게되고, 권취온도가 400℃ 이하로 되면 강도 확보면에서는 좋으나 작업시 권취(券取, coiling)의 어려움이 있으므로 최종 소둔판의 강도와 연성 조합을 위하여서 권취온도를 400-600℃로 제한하였다.

또한 냉간압하율이 30% 이하에서는 전위등의 내부결함량이 부족하게되며 또 냉간가동도가 적어 재결정이 어렵고, 85% 이상이되면 압연시 부하가 커 압연성을 악화시키므로 30-85% 범위로 제한하였다.

본 발명에서의 연속소둔은 720-860℃의 온도에서 20-120초의 시간동안 균열한 뒤 냉각과정을 거친 후 500-300℃에서 베이나이트 변태처리를 실시함으로써 최종 소둔판의 조직을 페라이트, 잔류 오스테나이트 및 베이나이트로 구성시키게 된다.

연속소둔온도가 720℃ 이하로 되면 소둔판 조직내에 일부 변형립이 잔존하게 됨에 따라 연성 확보가 곤란하게 되고, 소둔온도가 860℃ 이상이 되면 가열직후의 오스테나이트상의 고용 탄소량이 적게되어 최종 조직에 잔류되는 오스테나이트의 안정도가 약화되어 연신율 및 강도와 연성 조합을 악화시키므로 소둔온도는 720-860℃로 제한하였다. 또 소둔시간은 너무 짧을 경우에는 재결정이 일어나지 않으므로 20초 이상으로 가능한한 길수록 소둔시 얻어지는 오스테나이트의 분율을 증가시켜 소둔후 잔류 오스테나이트의 분울을 증가시키는데 유리하지만 연속소둔설비의 특성 및 생산성등을 고려하여 2분이내로 제한하였다.

베이나이트 변태처리온도는 500℃이상으로 유지하는 경우 세멘타이트상의 석출에 기인하여 잔류하는 오스테나이트상의 분율이 급격히 저하하여 강도 및 연성의 조합을 급격히 감소시키고, 300℃ 이하로 되면 마르텐사이트상의 생성에 의해 강도는 급격히 상승되나 연성이 감소하는 문제점이 있으므로 500-300℃로 처리온도를 제한하였다.

상기와 같이 소둔할 경우 베이나이트 변태온도에서 유지하여 오스테나이트를 상온에서 잔류시킴으로써 최종 소둔판의 연성이 향상되는 이유는 다음과 같은 것으로 이해된다.

즉, 상온에서 유지되고 있는 잔류 오스테나이트 변형과 함께 마르텐사이트로 가공유기변태하고 이때 부피팽창이 일어나며, 이 팽창에 의해 주위를 둘러싸고 있는 페라이트에 압축응력이 발생하며 그 결과 페라이트 내부에 전위가 형성된다.

형성된 전위들은 페라이트를 가공경화시켜 항복강도를 증가시킬뿐만 아니라 가동전위밀도를 증가시키는 효과를 유발하므로 변형초기에 불연속 항복거동에 따른 항복점연신 현상을 제거한다. 더우기 변형 후기에는 잔류 오스테나이트에서 변태된 마르텐사이트 주변에서 전위 증식이 일어남으로써 가공경화율을 증가시키고 넥킹점(Necking point)은 고변형율쪽으로 이동하게 됨에따라 강중에 잔류 오스테나이트가 존재시 최종 소둔판의 연성 향상에 기여하게되는 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 상세히 설명한다.

[실시예]

제 1표면에는 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판을 제조하기 위한 본 발명강과 비교강의 화학성분 및 제조조건을 나타내었다. 표 1에서의 비교강은 강화원소로서 주로 니오븀(Nb), 티타늄(Ti)등을 첨가한 저탄소 알루미늄 킬드(A1-Killed)강을 기본조성으로 하여 통상의 열간압연 방법으로 제조한데 반하여 본 발명강은 저탄소 알루미늄 킬드강에 강화원소로써 몰리브덴(Mo)을 첨가한 강을 1250℃에서 1시간동안 재 가열한 후 열연 마무리온도가 Ar₃이상이 되도록 하고 400-600℃에서 열연권취함으로서 열연조직이 페라이트와 베이나이트 등으로 구성되도록 하였다. 니오븀이나 티타늄을 첨가한 비교강(강종 B1, B8)의 경우와 본 발명강(강종 A1, A3)을 550℃에서 열연 권취한 경우의 미세조직 사진을 제 1도에 나타내었다. 제 1도에 의하면 비교강(강종 B1, B8)의 경우에 열연판의 미세조직이 페라이트와 퍼얼라이트상으로 주로 구성되어 있는데 반하여, 본 발명강(강종 A1, A3)의 경우에는 페라이트와 베이나이트상 등으로 미세조직이 구성되어 있음을 알 수 있다.

[표 1]

상기표 1의 강을 열간압연 및 냉간압연하고 각 소둔조건에 의해 연속소둔한후 각 소둔판에 대하여 기계적 성질을 조사하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

0 : 강도 - 연성 조합 양호 × : 강도 - 연성 조합 불량

상기표 2에 의하면, 발명강(A1,A2,A3,A4)과 동일한 성분 범위이나 열연권취온도가 청구범위를 벗어나는 620℃ 권취재인 비교강인 경우 연신율×인장강도의 조합이 2000kgf/mm²이하의 값을 나타내어 강도-연성조합이 부적합함을 알수 있다. 또 탄소가 청구범위보다 적게 첨가된 B1강의 경우 강도의 확보가 불가함을 알수 있으며, B10강의 경우와 같이 몰리브덴(Mo)이 0.405%인 경우 재질이 목표치에 다소 미달할 뿐만 아니라, 특히 냉간가공시 크랙(Crack)이 발생하여 압연성이 크게 저하되는 문제점이 발생하였다. 그리고 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti)등을 단독 또는 복합적으로 첨가하여 강화한 비교강(강종 B2-B9)의 경우 인장강도와 연성의 조합(인장강도×연신율)이 2000kgf/mm²·%(예, 인장강고 80kgf/mm²에서 연신율 25%인 경우)를 넘는 경우가 없으며, 또 비교강 B11의 경우와 같이 실리콘(Si)이 청구범위를 초과하여 첨가된 경우 재질을 확보할수 있었으나 플래시 버트(Flash Butt)용접시 용접부에 SiO₂와 같은 산호물을 형성하여 용접성이 극히 열화되는 문제점이 발생하였다. 반면에 본 발명강(강종 A1,A2,A3,A4)의 경우 500℃ 및 550℃에서 열연 권취한후 810-840℃에서 1분간 유지하고 과시효처리를 거친 소둔재의 인장강도가 80-90kgf/mm²에서 연신율도 20-30% 수준을 나타내어 인장강도와 연신율의 조합이 2000kgf/mm²·% 이상의 값으로 우수한 특성을 나타냄으로써 종래의 초고강도 냉연강판의 단점으로 대두되었던 가공성 문제 및 용접성 문제를 크게 개선할 수 있었다.

제 2도는 비교강과 발명강(탄소 : 0.1-0.16%, 망간 1.5%, 몰리브덴 0.15-0.25%)을 550℃에서 열연권취하고 60%의 냉간압하율로 냉간압연 후 810℃에서 1분간 유지한 후 400에서 350℃로 과시효 처리한 연속소둔재의 인장강도와 연신율의 상관관계를 나타낸 것으로 본 발명강의 경우와 비교강에 비하여 동일 인장강도 수준에서 현저히 높은 연신율을 나타냄을 알 수 있다.

제 3 도에서는 발명강(탄소 : 0.1-0.16%, 망간 1.5%, 몰리브덴 0.15-0.25%)과 비교강을 550℃에서 열연권취하고 60%의 냉간압하율로 냉간압연 후 810℃에서 1분간 유지한 후 400에서 350℃로 과시효처리한 연속소둔재의 인장강도와 인장강도×연신율의 조합으로 재질을 나타낸 것으로 비교강의 연신율-강도 조합이 2000kgf/mm²·% 이하인데 반하여 본 발명강의 경우에는 연신율-인장강도 조합이 2000kgf/mm²·% 이상을 나타내어 현저히 연신율-인장강도 조합이 개선됨을 알수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 방법은 강화원소로써 몰리브덴(Mo)을 첨가한 저탄소 알루미늄 킬드강을 사용하여 열연권취온도를 400-600℃로 함으로써 열연조직을 페라이트와 베이나이트상등으로 구성되도록 한후 냉간압연 및 연속소둔을 실시함으로써 소둔판의 조직중에 일부 잔류 오스테나이트를 함유케하여, 이와 같은 효과를 이용하여 인장강도-연신율의 조합이 우수한 초고강도 냉연강판을 제조할 수 있는 것이다.

특히 본 발명강의 경우 기존의 고강도 냉연강판에 비하여 동일 강도 수준에서 연성을 현저히 향상시킴으로써 프레스 가공성이 우수한 초고강도, 냉연강판을 제조할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 중량%로, 탄소(C) 0.08-0.20%, 실리콘(Si) 0.8-2.0%, 망간(Mn) 1.0-2.5%, 몰리브덴(Mo) 0.10-0.30% 알루미늄(A1) 0.03-0.08%에 질소(N), 인(P), 황(S)등 소량의 불순물을 불가피하게 함유하는 알루미늄 킬드(Al-killed)강을 소재로 하여 1200-1250℃에서 균질화 처리한 후 통상의 방법으로 열간압연한 뒤 400-600℃에서 권취하고 30-85%의 냉간압하율로 냉간압연한 후 720-860℃의 온도범위에서 20-120초 유지하여 연속소둔하고, 이어서 500-300℃의 온도로 과시효 처리하여 상온에서 일부 잔류 오스테나이트를 형성시킴을 특징으로 하는 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판 제조방법.