KR950009167B1 - 가공성 및 내시효성이 우수한 연속소둔 냉간압연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가공성 및 내시효성이 우수한 연속소둔 냉간압연강판의 제조방법

제1도는 Mn함량 및 재가열온도별 열간취성발생유무를 나타내는 그래프.

제2도는 강중 S의 30%가 MnS로 석출되는 온도와 희귀식의 관계도.

제3도는 Mn함량별 열연 권취온도와 탄화물 평균크기와의 관계도.

제4도는 시효지수에 미치는 Mn함량 및 열연권치온도의 영향을 나타내는 그래프.

본 발명은 자동차의 차체 등에 사용되는 연속소둔 냉각압연 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 가공성 및 내시효성이 우수한 연속 소둔냉각압연 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

열진냉연강판은 자동차 차체는 물론 가정용 전기제품 등에서 광범위하게 사용되고 있는데 이들은 대부분 냉간압연강판(이하, "냉연강판"이라고 칭함)을 굽힘, 드로잉(drawing) 및 프레스성형 등의 가공 후 조립성품하고 있으며, 용도에 맞는 적절한 가공성을 지녀야 한다. 연질냉연강판은 가공정도 별로 일반용(CQ), 가공용(DQ), 심가공용(DDQ)으로 구분되며, 연속소둔과 상소둔방식으로 제조되고 있다. 연속소둔방식은 상소둔방식에 비해 생산성이 높고 균일한 품질을 얻을 수 있지만, 급속가열, 단시간소둔, 급속냉각으로 이루어진 소둔열처리 특성에 기인하여 상소둔제품에 비해 가공성 및 내시효성 측면에서 불리하다. 이를 해결하기 위한 수단으로서 탄소함량을 0.1중량% 이하로 낮추고 Ti, Nb 등의 탄질화물 형성원소를 첨가하거나, 700℃ 이상의 고온열연권취와 과시효처리기술이 사용되고 있지만 제강원가부담과 표면결함증가 등의 부차적인 문제가 상시 수반되고 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 연속소둔 연질냉연강판의 소재로 사용되는 0.015-0.05% 탄소를 함유한 알미늄 킬드강의 Mn함량을 낮게 하므로서 제강시 Mn 합금철 투입을 하지 않게 됨에 따라 제강원단위를 낮출 수 있고, 열연권취 온도 저온화에 따른 가공성열화정도를 Mn함량 저감에 따른 재질향상으로 복상해 주므로서 저온권취에 의해 서로 동일탄소함량을 갖는 기존제품보다 우수한 가공성을 가지며 내시효성이 우수하고 난산세성 표면결함이 감소되어 표면품질과 제품실수율 향상을 가져올 수 있는 연속소둔 냉간압연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 연속소둔 방식으로 냉연강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C : 0.015∼0.15%, Mn : 0.15% 미만, S : 0.015%이하, Sol.Al : 0.03∼0.07%, N : 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, Mn*[Mn*=·Mn(%)-55/32×(%)]가 0을 초과하는 알미늄킬드강 강괴를 재가열온도 또는 열연직전 온도가 900℃ 이상, T값[T값(℃)=-52077/{(Log[Mn%][S%])-15.2}-1645]이하의 온도범위가 되도록 하여 열간압연한 후, 600-700℃의 온도범위로 권취한 다음, 냉간압연하고, 연속소둔하여 가공성 및 내시효성이 우수한 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 성분들의 성분범위 및 제조조건 등에 대하여 설명한다.

상기 탄소(C)는 침입형고용원소로 작용하는 소둔중 가공성에 불리한 재결정집 합조직을 발달시키므로 0.05%를 초과하는 것은 바람직하지 못하며, 0.015% 미만의 함량에서는 연속소둔시 급속냉각과 과시효가 적절히 이루어졌다 할지라도 충분한 과포화도를 얻을 수 없기 때문에, 석출되지 않고, 고용상태로 남아있는 탄소의 량이 증가되어 시효에 따른 재질열화정도가 증가되므로, 강중탄소의 함량은 0.015-0.05%로 제한하는 것이 바람직하다. Mn은 치환형 고용 원소로 존재하거나 탄소 및 질소원자와 쌍극자 결합을 이루어 강도상승과 가공성에 유리한 재결정집합조직의 형성을 하는데, 특히, 상극자결합의 형성은 탄소 및 질소등의 침입형원소 고용량을 증대시키게 되므로 시호에 다른 재질열화를 조장하게 된다. 따라서 Mn 함량은 기존의 유사강종(Mn함량 : 0.15-0.3%)보다 낮추어져야 할 필요가 있으므로, 본 발명에서는 그 상한을 0.15% 미만으로 제한한다. 이와 같은 Mn 함량의 저감은 최근의 제강기술의 발달에 따라 충분히 제조가능한 수준으로, 현재 기존의 유사강종은 전로에서 취련말기의 Mn함량이 0.1% 이하임에도 불구하고 Mn합금철을 용강증에 기술이 확보되지 않은 경우, 즉 강중 S함량이 많은 경우 충분한 Mn이 함유되어 있지 않으면 MnS로 석출되지 못한 고용 S가 오스테나이트 결정립계에 액막으로 존재하여 열간압연시 열간취성의 요인으로 작용하기 때문이다. 그러나 최근 로외정련 기술이 발달하여 유사강종의 강중 S함량은 0.015% 이하의 수준이며, 특히 본 발명에서는 강중 Mn과 S의 함량에 따라 열간취성이 일어나지 않은 작업온도범위를 예측, 그 한계온도를 설정할 수 있도록 하였으며 강중 Mn의 하한을 제한하지 않고 단지 상한을 0.15%으로 한 것이고, S역시 그 상한을 0.015%로 하였다. 그러나, Mn이 매우 낮고 S가 많게 되면 열간압연중의 어떠한 온도에서도 고용 S가 존재하게 되므로 열간취성의 방지를 위해 Mn/S 원자비로 1이상이 요구되며, 이를 중량비로 환산하여 표현하면 Mn*(=Mn%-55/32×S%)가 0을 초과하여야 한다. 상기 알미늄(Al)은 강중 고용원소인 질소를 AlN으로 석출시키므로 고용질소저감에 의한 가공향상을 꾀할 수 있으므로, 적정량 이상이 함유되야 한다. 따라서 Al함량은 Al2O3 등의 산불용 Al함량을 제외한 산가용 Al(SoL.Al)이 0.03% 이상 함유됨이 바람직한데, 그 이유는 그 함량이 0.03% 이상이 되면 고용강화에 따른 강도상승과 제조원가부담이 가증되기 때문이다. 상기 고용질소(N) 소둔시 가공성에 불리한 재결정집합조직을 발달시키므로 알미늄에 완전히 고착될 수 있는 정도로 함량을 낮게 하는 것이 유리하나, 본 발명의 Al수준을 고려하여 그 상한을 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서는 상기와 같이 조성되는 알미늄 킬드강 강괴를 통상의 방법으로 열간압연하되 압연방법에 따라 강괴재가열온도 혹은 열연직전온도는 900℃ 이상, T값(℃) [T값=-52077/{(Log[Mn][S])-15.2}-1645]이하가 되게 하는 것이 바람직하다. 통상, 열간압연은 냉편장입, 열편장입 및 직송열연법으로 구분할 수 있으며 냉장편입 혹은 열편장입의 경우 강괴재가열로에서 소정의 온도까지 재가열하여 열간압연온도를 확보하게 되고, 직송압연의 경우 고온의 강괴를 재가열이 없이 곧 바로 열간압연하게 된다.

본 발명에 있어서 재가열온도란 냉편 또는 열편장입 열연의 경우에 해당하는 온도이며, 열연직전온도란 직송열연법에 해당되는 것이다. 앞에서도 설명이 되었지만 본 발명과 같이 Mn함량이 작은 강에 있어서 재가열 혹은 열연직전온도가 너무 높게 되면 고용되어 있는 S의 량이 증가되며 짧은 시간내에 MnS로 완전한 석출이 일어나지 않으므로 이들 고용 S가 열연중 오스테나이트 결정립계에 액막상태로 존재하여 열간취성의 원인이 되므로 바람직하지 않다. 강중 Mn과 S의 용해온도는 이들의 함량에 따라 달라지며, 일반적으로 용해적식으로 표현되는 바 본 발명의 화학성분범위에 가장 적합한 식으로는 Log[Mn][S]=-14855/T+6.82(여기에서 T는 절대온도)를 들 수 있다. 이 식에서 알 수 있는 사실은 강중 Mn과 S가 증가할수록, MnS가 용해되는 온도가 높아진다는 점이다. 따라서 기존의 제조방법은 Mn함량의 하한을 규제하고 있지만, 본 발명에서는 상기의 식과 S=32/55Mn식을 이용, 연립방정식의 해를 컴퓨터로 계산하므로써, 온도에 따른 S의 석출률을 알아내는 한편, S의 고용함량과 열간취성발생의 관계를 조사하므로써 열간취성이 일어나지 않는 열연조건을 도전하였다(제1, 2도). 그 결과 Mn함량에 관계없이 강중 S의 30% 이상이 열연직전 MnS로 존재하게 되면 열간압연중 석출물이 핵으로 작용하여 짧은 시간내에 고용 S의 석출이 이루어지게 하므로 열간취성을 방지할 수 있다는 사실을 알게 되었다. Mn성분 0.005-0.5%, S성분 0.001-0.03% 범위의 강에 대한 S의 30%가 MnS로 석출하는 온도를 계산하고, 이를 비선형 회귀분석하여 강중 S의 30% 이상이 MnS로 존재하는 온도(이하 T값)를 얻었다. T(℃)값은 -52077/{(Log[Mn][S]-15.2}-1645으로 표현할 수 있으며, 이 식의 결정계수는 0.998 이상이다. 따라서 0.15%Mn함량 미만, 0.015%함량 이하의 본 발명강에서 열간취성을 방지할 수 있는 재가열 혹은 압연직전온도 상한은 상기의 회귀분석식을 이용하면 얻을 수 있고, 그 온도가 너무 낮게 되면 열연작업성이 좋지 않을 뿐만 아니라, 변형조직 혹은 혼립이 얻어지므로 그 하한은 900℃로 제한하는 것이 바람직하다. 열연권취온도가 높을수록 고용 N이 감소하고, 탄화물이 응집성장하여 나중에 소둔중 용해되는 탄소의 함량이 적어지므로 가공성향상에 바람직하지만 표면에 두꺼운 산화층이 형성되고 산세성도 저하되어 냉간압연시 표면결함 발생의 위험이 배가된다. 그러나 본 발명강은 기존의 유사강종보다 Mn 함량이 낮으므로 탄화물로의 고용탄소이동이 보다 용이하게 되어, 저온의 열연권취온도에서도 충분히 응집성장된 탄화물을 얻을 수 있기 때문에, 기존재보다 낮은 권취온도를 적용하더라도 냉연강판의 가공성이 열화될 우려가 없다. 따라서 열연권취온도의 상한은 냉연제품의 표면결함발생이 크게 문제되지 않은 700℃로 제한하는 것이 바람직하고, 너무 낮으면 AlN이 충분히 석출되지 않기 때문에 고용 N이 증가되어 냉연강판의 가공성이 열화되므로 그 하한은 600℃로 제한하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 열연코일은 산세를 통하여 열연산화층을 제거하고 통상의 방법으로 냉간압연한 후 전해청정으로 냉연강판에 부착된 압연류를 제거하고 연속소둔한다. 연속소둔은 종래의 유사강종에 적용되는 통상의 소둔조건이면 충분한데, 바람직한 연속소둔조건은 재결정온도 이상 850℃ 이하의 온도에서 30초 이상 균열처리하는 것이다. 연속소둔조건중 균열후 급속냉각 및 과시효처리조건은 통상의 조건과 동일하게 하면 되지만 본 강종에서의 고시효 온도는 300-450℃의 온도에서 60초 이상 처리함이 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 1과 같이 조성된 강을 진공유도용해에 의해 제조된 강괴를 35㎜ 두께로 열간단조한 후, 제1도에 나타난 각각의 재가열온도까지 가열하여 각 온도에서 1시간 동안 균열처리한 다음, 1050℃에서부터 900℃까지 3회의 열간압연을 실시하고, 600-700℃에서 권취하여 3㎜두께의 강대를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 강대에 대하여 Mn함량 및 재가열온도별 열간취성 발생 유뮤를 조사하고 그 결과를 제1도에, Mn함량별 열연권취온도 및 탄화물 크기와의 관계를 조사하고 그 결과를 제3도에 나타내었다. 한편, 상기와 같이 제조된 3㎜ 두께의 열연강대를 73.3%의 압하율로 냉간압연하여 0.8㎜두께-의 냉간압연판을 제조한 다음, 800℃에서 30초 동안 과시효 처리를 한 후, 시효지수를 측정하고, 그 측정결과를 시효지수와 Mn함량 및 열연권취온도와의 관계로 제4도에 나타내었다. 제4도에서의 시효지수는 인장시험에서 7.5%의 프리스트레인(pristrain) 시편의 강도를 측정하고, 100℃ 끓는 물에 1시간 시효처리를 한 다음에 항복강도를 측정한 후, 시효후 항복강도에서 프리스트레인시의 강도를 뺀값(시효지수=시효후 항복강도-프리스트레인시의 강도)으로 나타낸 것이다. 그리고, 제1도에서 "X"표시는 강대의 측면을 관찰하여 미세한 횡크랙이 존재하는 경우를 의미하고, "0"표시는 미세한 횡크랙이 존재하지 않는 경우를 의미하며, 실선(-)은 MnS석출이 강중 S의 30%에 이르는 온도를 계산하여 나타낸 것으로서, 그 값은 제2도에서와 같은 방법으로 구해진 것이다.

[표 1]

1) Al^*: 산가용 Al의 함량.

2) Mn^*값 : Mn(중량＆)-55/32×S(중량%)

제1도에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 구한 MnS석출이 강중 S의 30%에 이르는 온도(T값)에 의해 열연 에지 크랙 발생여부를 판단할 수 있음을 알 수 있다. 제2도는 강중 S의 30%가 MnS로 석출되는 온도와 이를 회귀분석하여 도출된 식의 관계를 나타낸 것으로서, Mn성분 0.005-0.5%, S성분 0.001-0.03% 범위의 조성을 갖는 강에 대하여 분석한 것이며, 강중 S의 30%가 MnS로 석출된 온도는 log[Mn][S]=14855/T+6.82로 표현되는 일반적인 용해도적 식과 MnS석출물의 원자비를 만족하는 S=32/55Mn에 대한 연립방정식의 해를 구한 다음 온도에 대해 컴퓨터로 계산하여 도출한 값이고, 이렇게 얻어진 값을 다시 회귀분석하여 회귀분석에 의한 예측온도[T값(℃)=-52077{Log[Mn][S]-15.2}-1645이라는 식을 얻었다.

제2도에 나타난 바와 같이, 상기 식의 결정계수는 0.996정도로서 매우 정도가 높음을 알 수 있으며, 따라서 본 발명에 부합되는 성분범위의 강종의 열간에지크랙 발생방지 뿐만 아니라 일반강에서도 강괴의 열간취성 방지온도를 예측하는데 사용할 수 있게 됨을 알 수 있다.

한편, 연속소둔에 있어서 모재인 열연판의 탄화물크기는 중요한데, 일반적으로 탄화물이 클수록, 소둔시 탄화물주위에 형성되는 랜덤(random) 집합조직의 분율이 감소되므로 가공성이 향상된다. 이 때문에 연속소둔재의 가공성향상을 위해 열연고온권치를 적용하고 있다. 그러나 권취온도가 높게 되면 난산세성 산화절층의 후육화 때문에 냉연강판의 표면품질이 열화되는 단점이 있다. 본 발명강(1, 2)은 제3도에 나타난 바와 같이 비교강(a)에 비해 열연권취에 관계없이 탄화물이 크며 저온으로 될수록 그 차가 크다는 것을 알 수 있으며, 이는 Mn성분의 영향으로서 본 발명강(1, 2)이 갖는 Mn성분의 범위이면 기존재에 비해 저온에서도 큰 열연탄화물을 얻을 수 있으므로 가공성에 유리하며 표면품질 역시 우수한 냉연제품을 제조할 수 있게 해준다.

통상, Mn함량이 낮고 그리고 열연권취온도가 높을수록 시효지수는 감소되며, 시효지수가 높을수록 프레스형성시 스트레쳐스트레인(stretcher strain) 등의 결함이 발생하며 유통기한 역시 짧게 해야 하는 문제가 있으므로 좋지 않게 되는데, 제4도에 나타나는 바와 같이 본 발명강(1, 2)은 비교강(a)에 비해서 시효지수가 3이하로 6개월 시효보증이 가능한 냉연제품을 제조할 수 있게 된다.

[실시예 2]

하기표 2와 같이 조성된 강을 진공유도 용해 및 전로-연주에 의해 제조된 강괴를 35㎜ 두께로 열간단조한 후, 하기표 3과 같은 조건으로 재가열한 다음, 1050℃에서부터 900℃까지 3회의 열간압변을 실시하고 하기 표 3과 같은 조건으로 권취하여 3㎜ 두께의 강대를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 강대를 73.3%의 압하율로 냉간 압연하여 0.8㎜ 두께의 냉간압연판을 제조한 후, 하기표 3에 제시된 각각의 온도에서 소둔한 다음, 기계적 성질을 측정하고 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.

[표 2]

1) Al^*: 산가용 Al의 함량.

2) Mn^*: Mn(중량＆)-55/32×S(중량%)

[표 3]

한계 재가열온도(열연중 에지크랙을 방지할 수 있는 한계 가열온도)

T(℃)=-52077(Log[Mn][S]-15.2)-1645

A.I : 제4도에서와 동일하게 측정된 값임.

상기 표 3에 나타난 바와같이, 본 발명제(1-5)는 발명강(1.2)로 650℃의 낮은 열권취온도 및 800℃의 낮은 연속소둔온도에서도 1.5 이상의 r값이 확보되지만 비교재(a~g)는 650℃ 이상의 열연권취 온도에서 1.4 이상의 r값 확보가 어렵고 820℃ 이상으로 연속소둔하여도 1.5 이상의 확보가 어려움을 알 수 있다. 또한, 발명재(105)는 시효지수 역시 3.0 미만으로 비교재(c-g)의 3.0 이상에 비해 매우 낮으므로 가공성 및 내시효성이 우수한 냉연강판을 제조할 수 있다.

한편, 강성분은 본 발명의 범위에 부합되더라도(발명강(2)) 본 발명의 한계재가 열온도를 벗어나도록 가열한 비교재(a.b)의 경우에는 가공성 및 내시효성이 만족스럽다 할지라도 열연중 에지크랙이 발생하여 제품으로서 가치가 없고 저하되므로 바람직하지 않음을 알 수 있다.

본 발명은 연속소둔 연질냉연강판의 소재로 사용되는 0.015-0.05% 탄소를 함유한 알미늄킬드강의 Mn함량을 낮게 하므로서 제강시 Mn합금철 투입을 하지 않게 됨에 따라 제강원단위를 낮출 수 있고, 기존의 Mn하한을 규정한 방법과는 달리 재가열온도 혹은 열연직전온도의 상한을 제시하므로써, 열연중 에지크랙발생을 방지할 수 있으며, 또한, 열연권취온도 역시 기존의 방법보다 낮게하되, 저온화에 따른 가공성열화정도를 Mn함량 저감에 따라 재질향상으로 보상해 주므로써 저온 권취에 의해서도 동일탄소함량을 갖는 기존제품보다 우수한 가공성을 가지며 난산세성 표면결함이 감소되어 표면품질과 제품실수율향상의 장점이 있으며, 또한 기존재에 비해서 시효지수가 3 이하로 6개월 시효보증이 가능한 냉연제품을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 연속소둔 방식으로 냉강압연 강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C : 0.005∼0.15%, Mn : 0.15% 미만, S : 0.015%이하, Sol.Al : 0.03∼0.07%, N : 0.005% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, Mn*[Mn*=Mn(%)-55/32×(%)]가 0을 초과하는 알미늄킬드강 강괴를 재가열온도가 900℃∼T값[T값(℃)=-52077/{(Log[Mn%][S%])-15.2}-1645]의 온도범위가 되도록 하여 열간압연한 후, 600-600℃의 온도범위로 권취한 다음, 냉간압연한 후, 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 가공성 및 내시효성이 우수한 냉간압연강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 재가열온도가 열연직전온도인 것을 특징으로 하는 가공성 및 내시효성이 우수한 내간압연 강판의 제조방법.