KR960014506B1 - 성형성이 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

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Description

성형성이 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법

본 발명은 자동차용 외판등에 사용되는 성형성이 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강판을 성형한 후 도장을 하고 이의 건조를 위해 소부(Baking)처리되는 동안 소부경화성을 가지는 성형성이 우수한 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

소부경화성이란 자동차의 차체 제조 공정에서 강판을 원하는 형상으로 성형을 한 후, 도장을 하고 이의 건조를 위해 약170℃에서 20분 정도 소부처리를 하게 되는데, 이 과정에서 강판이 경화되는 성질을 의미한다. 소부경화는 강중에 고용된 침입형 원소인 탄소나 질소가 변형과정에서 생성된 전위를 고착하여 발생되는 변형시효 현상이므로, 고용 탄소 및 질소양이 증가하면 증가한다. 그러나 고용양이 과다하면 상온시효가 수반되어 가공중에 스트레쳐 스트레인(stretcher strain)이 발생되는 문제가 있다.

소부경화형 강판은 연질의 상태에서 원하는 모양으로 성형이 되고 성형후에 강도가 증가되기 때문에, 강도가 증가함에 따라 성형성이 악화되는 종래의 고강도 냉연강판에 비해 이상적인 강화방법으로 기대를 받고 있으며, '80년대 초부터 일본을 중심으로 실용화되기 시작하여 최근에 와서는 자동차의 배기가스규제와 기업별 평균연비(CAFE) 규제강화에 대처하기 위한 수단의 하나로 새로이 주목을 받고 있다.

통상 우수한 성형성과 내 덴트(dent)성이 요구되는 자동차 외판용에는 산소둔방식에 의해 제조된 저탄소 P첨가 알루미늄킬드(Al-Killed)강에 소부경화성을 부여한 강이 주로 사용되어 왔는데, 이것은 상소둔에 의해서 성형성과 소부경화성의 양립이 보다 용이한 때문이다. 또한 연속소둔방식에 의해 제조된 P첨가 알루미늄킬드강은 비교적 빠른 냉각속도를 이용하기 때문에 소부경화성의 확보가 용이한 반면, 급속가열 및 단시간소둔에 의해 성형성이 악화되는 문제점이 있어 가공성이 요구되지 않는 자동차 내판에만 제한되고 있다.

최근에는 제강기술과 연속소둔기술의 발달에 힘입어 Ti 혹은 Nb첨가 극저탄소 알루미늄킬드강을 이용하여 소부경화형 냉연강판을 제조하고 있으며, 이들 강판은 성형성 및 내덴트성이 필요한 자동차 외판용으로 사용되고 있다. 그러나, Ti첨가 소부경화형 강판은 인장강도가 35Kgf/㎟급 이상의 합금화 용융아연 도금 강판으로 주로 생산되고 있어서 연질강판에 비해 항복강도가 높고 평균 소성이방성 지수 (Lankford값)이 다소 악화되는 문제점이 있다.

한편 Nb첨가강의 경우는 860℃이상의 고온소둔이 필요하기 때문에 작업성의 악화가 예상된다.

따라서, 본 발명은 Nb첨가강에 비하여 Zr 첨가강이 Zr계 석출물을 조대하기 때문에 재결정온도가 낮아 상대적으로 낮은 온도에서 소둔할 수 있는 장점을 가지고 있는 것에 착안하여 제안된 것으로서, Ti이나 Nb이나 탄질화물 형성 경향이 유사한 Zr을 Ti이나 Nb 대신 알루미늄-킬드강에 미량 첨가하고 P를 고용강화 원소로 함께 첨가하여 연속소둔함으로서 성형성과 소부경화성이 우수한 냉연강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 소부경화형 냉연강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.0025-0.0035%, Mn:0.1-0.4%, P:0.05-0.10%, S:0.008-0.013%, 가용성(Soluble) Al:0.02-0.08%, N:0.0025%이하, Zr:0.005-0.025%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 원소를 포함하고, 상기 Zr이 (91/14)N≤Zr≤(91/14)N+(91/32)S의 조건범위를 만족하도록 조성된 극저질소 및 극저탄소 알루미늄 킬드강 슬라브를 통상의 방법으로 균질화 처리한 후, 900-920℃의 온도에서 마무리 열간압연한 다음, 700-720℃의 온도에서 열연권취 하고, 통상의 압하율로 냉연압연한 후, 800-860℃의 오도에서 연속소둔한 다음, 0.5-1.5%의 조질압연하는 것은 특징으로 하는 성형성이 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 사용되는 알루미늄킬드강 성분 조성에 대한 수치한정 이유에 대하여 상세히 설명한다.

상기 탄소는 고용강화에 소부경화효과를 가지는 원소로서, 탄소함량이 0.0025중량%(이하“%라 함)이하일 경우 인장강도가 부족하게 되고 또한 충분한 소부경화성이 얻어지지 않으며, 탄소양이 0.0035% 이상이면 고용탄소양이 과다하게 되어 상온 내시효성이 확보되지 않아 성형시 스트레쳐 스트레인 발생되게 되고 연성과 성형성도 나빠지므로, 그 첨가량은 0.0025-0.0035%가 바람직하다.

상기 망간은 강중에 존재하는 황을 MnS로 석출시켜 ZnS 석출에 따른 Zr의 소비를 억제함으로서 비교적 값이 비싼 Zr의 첨가양을 줄일 목적으로 첨가되는데, 0.1% 이상 첨가되어야 그 효과가 있으며, 0.4% 이상으로 첨가되면 Mn의 고용경화에 의해 오히려 재질이 경화되거나 성형성이 악화되기 때문에 그 첨가량도 0.1-0.4%의 범위가 바람직하다.

본 발명의 특징은 하나인 상기 인은 고용경화효과가 가장 큰 치환형 합금원소로서, 충분한 고용경화를 위해 0.05% 이상 첨가되어야 하나, 0.1% 이상 첨가되면 용접성이 나빠지며 또한 결정립계에 편석하여 재료를 취화시키는 문제점이 있으므로 그 첨가량은 0.05-0.1%의 가 바람직하다.

상기 황은 고온에서 MnS나 ZrS계 황화물로 석출하기 때문에 황의 양의 변화가 심하면 황화물로 석출하는데 Mn양과 Zr양의 변화도 커지게 되며, 따라서 제강공정에서 적정 소부경화양을 얻기 위한 Zr양의 제어가 어렵게 된다.

따라서 황의 양의 성분범위를 좁게 관리할수록 안정된 소부경화영을 얻을 수 있으며, 또한 Zr양을 낮추기 위해서 0.008-0.013%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 알루미늄은 강의 탈산을 위해 0.02% 이상 첨가되어야 하나, 0.08% 이상으로 과다하게 첨가하면 재질경화의 요인으로 되므로 Al의 첨가량은 0.02-0.08%가 바람직하다.

상기 질소는 고온에서 질화물, ZrN으로 석출되기 때문에 질소양이 증가하면 Zr양이 많이 필요하게 되고 또한 질소의 양이 변화하면 전체 Zr양중에서 ZrN으로 석출되는 Zr양도 변화하게 된다. 따라서 가격이 비싼 Zr양을 낮추고 적정 소부경화양을 안정하게 얻기 위해서는 질소의 양을 가능하면 낮게 유지하고 성분범위도 좁게 관리할 필요가 있다. 본 발명에서는 질소의 상한은 가능한 낮은 수준인 0.0025%로 제한하여야 안정된 소부경화성을 얻을 수 있다.

상기 Zr은 고온에서 질화물과 황화물을 형성하는데, Zr양이 0.005% 이하로 너무 적게 첨가되면 강중의 질소와 황을 고정하지 못해 극저탄소 알루미늄킬드강과 동일한 강으로 되어 소부경화양은 커지지만 우수한 성형과 내시효성의 확보가 불가능하게 된다. 또한, Zr양이 0.025% 이상으로 너무 과다하면 강중의 질소와 황의 고정은 물론 고용탄소의 일부 혹은 전부를 탄화물로 석출시키기 때문에 안정된 소부경화성을 얻을 수 없게 되므로 Zr의 첨가량은 0.005-0.025%로 제한하는 것이 바람직하다.

한편, 질소와 황의 양과 더불어 좁은 범위로 Zr양을 제어하는게 필요하며, 본 발명에서는 소부경화성을 얻기 위해서는 Zr양의 범위를 (91/14N≤Zr≤(91/14)N+(91/32)S로 제한하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 조성을 갖는 상기 알루미늄킬드강의 우수한 성형성을 확보하면서 소부경화성을 갖도록 하는 냉연강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 상기 조성을 갖는 알루미늄킬드강 슬라브는 진공용해한 후 연속주조하여 열간압연한 통상의 방법으로 균질화 처리를 하는데, 이때 본 발명에서는 열간압연전의 오스테나이트 조직이 충분히 균질화 될 수 있도록 1200-1250℃에서 가열하는 것이 바라직하다. 균질화 처리된 강 슬라브는 Ar₃온도 직상인 900-920℃의 온도에서 마무리 열간압연을 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 마무리 온도가 900℃ 이하로 되면 열연코일의 상(top), 하(tail)부 및 가장자리가 페라이트 단상영역으로 되어 디프드로잉(Deep drawing)성이 나빠지게 되며, 920℃ 이상이 되면 열연판 결정립 크기 증가에 의해 디프드로잉성이 악화되기 때문이다.

또한, 본 발명의 Zr첨가 극저 탄소강을 소재로 하는 소부경화강에서는 열연판에 고용탄소가 잔존하게 되므로 이 고용탄소에 의해 악화될 가능성이 있는 디프드로잉성을 보상하기 위해 열열판 권취는 700-720℃의 온도에서 하는 것이 바람직하다.

이후, 이 분야에서 널리 알려진 통상의 방법으로 산세를 거친 열간압연판은 통상의 압하율로 냉연강판을 실시하는데, 본 발명에서는 70-75%의 압하율이 바람직하다.

냉연강판된 강판은 재결정이 완료되고 충분히 페라이트의 결정립성장이 일어날 수 있는 800-860℃의 온도에서 연속소둔을 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 소둔온도가 860℃ 이상으로 되면 고온소둔으로 인하여 연속소둔시 장력제어가 어렵게 되거나 버너수명이 감소되는 등 악화되게 되며, 800℃ 이하가 되면 결정립 미세화에 의해 재질이 경화되고 성형성도 악화되기 때문이다.

본 발명에 있어서, 소둔완료된 강판은 조질압연을 하여 형상교정 및 항복점 연신율을 제거하는데, 이때 조질압연이 0.5% 이하로 하게 되면 상기 두가지 효과가 없으며, 1.5% 이상으로 하게 되면 상기 두가지 효과는 이루어지지만 재질경화로 인한 성형성이 악화되므로, 조질압연은 0.5-1.5%의 범위로 행하는 것이 바람직하다. 상기 방법에 의해 제조된 냉연강판은 인장강도 30-35Kgf/mm², 연신율 47.0% 이상, 1.7 이상, 소부경화양 3-5Kgf/mm²를 갖는 성형성이 우수한 냉연강판이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

하기표 1과 같은 성분 조성을 갖는 알루미늄킬드강 슬라브를 진공 용해가고, 하기표 2와 같은 조건으로 슬라브를 재가열하여 균질화처리 한 후, 열간압연 및 냉연강판을 한 다음, 연속소둔을 하고, 최종적으로 조질압연을 하여 냉연강판을 제조하였다. 제조된 냉연강판 시편에 대하여 KSD 3617에 의한 방법으로 소부경화양을 측정하였으며 또한 기계적 성질을 측정하고, 그 결과 하기표 3에 나타내었다.

SRT : 슬라브 재가열온도

FDT : 열연 마무리 온도

CT : 열연권취온도

상기 표3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성범위를 만족하고 있는 발명강(1-2)의 경우에는 소부경화양 3.0-3.2Kgf/㎟, 가 1.80-1.81,연신율이 47.1-47.3%,인장강도가 32.0-32.7Kgf/㎟로 소부경화성과 성형성이 우수한 반면, 비교강(3-4)의 경우에는 Zr이 본 발명의 성분 규제 범위를 잘 만족하고 있으나, 강중탄소량이 본 발명의 조건 범위보다도 적어 소부경화성은 각각 1.0Kgf/㎟ 및 1.1Kgf/㎟로 매우 낮은 값을 나타냄을 알 수 있다.

또한, 종래강(5)는 Ti 첨가강에 의한 소부경화강으로서, 소부경화양이 3.9Kgf/㎟로 높지만 항복강도가 25.3Kgf/㎟로 높고 연신율이 36.0% r가 1.65로서 낮아서 본 발명에서 목표로 하는 재질수준(r1.7,연신율47.0%)에 미달하여 성형성의 악화가 예상된다.

한편, Ti 참가강인 종래강(6-8)의 경우에는 소부경화가 얻어지지 않았거나 경우에 따라서는 매우 낮은 소부경화성을 나타냄을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 Ti 또는 Nb 첨가한 소부경화형 냉연강판보다 성형성이 우수하면서 소부경화성이 우수한 냉연강판의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 소부경화형 냉연강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 C:0.0025%-0.0035%, Mn:0.1-0.4%, P:0.05-1.10%, S:0.008-0.013%, 가용성 Al:0.02-0.08%, N:0.0025% 이하, Zr:0.005-0.025%,잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 원소를 포함하고, 상기 Zr이 (91/14)NZr(91/14)N+(91/32)S의 조건범위를 만족하도록 조성된 극저질소 및 극저탄소 알루미늄킬드강 슬라브를 통상의 방법으로 균질화 처리한 후, 900-920℃의 온도에서 마무리 열간압연한 다음, 700-720℃의 온도에서 열연권취하고, 통상의 압하율로 냉연압연 한 후, 800-860℃의 온도에서 연속소둔한 다음, 0.5-1.5%의 조질압연하는 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법.