WO2014157822A1 - 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2014157822A1
WO2014157822A1 PCT/KR2014/000846 KR2014000846W WO2014157822A1 WO 2014157822 A1 WO2014157822 A1 WO 2014157822A1 KR 2014000846 W KR2014000846 W KR 2014000846W WO 2014157822 A1 WO2014157822 A1 WO 2014157822A1
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less
cooling
ferrite
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강춘구
박진성
구남훈
김성주
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현대제철 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a steel sheet manufacturing technology, and more particularly, to a steel sheet excellent in aging resistance and yield ratio characteristics without performing temper rolling.
  • the exterior panel materials for automobiles are required to have a resistance ratio to secure shape freezing during molding.
  • they need dent resistance that is not easily deformed against externally applied stress.
  • Beo hardened steel is a steel grade that can satisfy both sides, so that solid carbon remains in the steel, and the yield strength of the final product can be secured by increasing the yield strength of the final product by using carbon diffusion to the dislocation during the coating process.
  • the hardened hardened steel guarantees an increase in yield strength of 3 Kgf / mm 2 or more after the coated hardened steel.
  • solid solution carbon has a certain degree of activity even at room temperature in addition to the conditions for baking, and causes aging and yield point elongation at room temperature.
  • Aging is a phenomenon caused by the solid solution of carbon stuck to the operating potential, which hinders the movement of the potential. Aging phenomenon also increases in proportion to the amount of dissolved carbon, and in order to suppress the aging phenomenon, a method of controlling the amount of dissolved carbon in steel to about 0.001% by weight has been widely used. However, the amount of dissolved carbon in the steel changes due to various process variables of the composition and manufacturing process, and is exposed to conditions where aging may occur at any time depending on the storage temperature conditions.
  • the aging guarantee of the hardened hardened steel has been recognized as three months at room temperature, but in fact, considering the transportation period and the point of use, it requires a longer shelf life of about 6 to 12 months.
  • Background art related to the present invention is a coating cure hardening cold rolled steel sheet excellent in aging resistance disclosed in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2000-0016460 (published on March 25, 2000) and a manufacturing method thereof.
  • An object of the present invention is to provide a steel sheet excellent in aging resistance and resistance ratio, and a method of manufacturing the same.
  • Steel sheet according to an embodiment of the present invention for achieving the above object by weight, carbon (C): 0.005 ⁇ 0.06%, silicon (Si): 0.2% or less, manganese (Mn): 1.0 ⁇ 2.0%, phosphorus ( P): 0.08% or less, Sulfur (S): 0.01% or less, Aluminum (Al): 0.2 to 2.0%, 0.3 ⁇ [Cr] + 0.3 [Mo] ⁇ 2.0 ([] is the weight percent of the component) At least one of (Cr) and molybdenum (Mo), nitrogen (N): 0.008% or less and the remaining iron (Fe) and inevitable impurities, has a ferrite single phase structure in the hot-rolled steel sheet, ferrite and It is characterized by having martensitic abnormalities.
  • the steel sheet may include phosphorus (P): 0.02 to 0.08% by weight.
  • the value of said [Cr] +0.3 [Mo] is 0.5-1.5.
  • the steel sheet preferably contains chromium (Cr): 0.3 to 1.5% by weight.
  • the steel sheet may include at least one of phosphorus (P): 0.02 to 0.08% by weight and molybdenum (Mo): 0.05 to 0.4% by weight.
  • the steel sheet preferably contains aluminum (Al): 0.3 to 1.0% by weight.
  • the steel sheet is a cold rolled steel sheet state
  • the martensite is contained in the area ratio of 5.0 ⁇ 10.0%
  • the rest may be made of ferrite.
  • the steel sheet in the cold rolled steel sheet state, the dislocation density in the ferrite matrix may be 1x10 13 / m 2 or more.
  • the steel sheet may exhibit a yield ratio (YP / TS) of 0.45 or less.
  • the annealing treatment is preferably carried out so that the austenite volume fraction is 15 ⁇ 20vol%.
  • the cooling may be performed up to 450 ⁇ 510 °C.
  • the cooling may be performed up to a temperature below the Ms point.
  • the cooling is preferably carried out at an average cooling rate of 15 ⁇ 30 °C / sec.
  • the ferrite single phase structure in the hot-rolled steel sheet state, the ferrite single phase in the cold-rolled steel sheet state, the ferrite, martensite abnormality structure in the hot-rolled steel sheet state by controlling the alloy components such as chromium, aluminum, etc. .
  • the steel sheet according to the present invention exhibited a yield point elongation of less than 0.2% when martensite was included in an area ratio of 5% or more, and exhibited a high dislocation density of 1 ⁇ 10 13 / m 2 or more in the ferrite matrix.
  • the steel sheet manufacturing method according to the present invention as a result of omitting the temper rolling process, the steel sheet could be produced with a resistive ratio ratio of 0.45 or less.
  • the steel sheet may further comprise a phosphorus (P): 0.02 ⁇ 0.08% by weight.
  • the remainder other than the alloying components are made of iron (Fe) and impurities which are inevitably included in steelmaking.
  • Martensite tissue is a tissue containing supersaturated carbon due to non-diffusion transformation in austenite tissue, and carbon contributes to the formation of martensite tissue.
  • the carbon is preferably contained in 0.005 to 0.06% by weight of the total weight of the steel sheet. In order to obtain an elongation of 38% or more, the carbon is preferably contained at 0.005 to 0.025% by weight.
  • the martensite structure can be secured in a state in which the elongation is not significantly deteriorated in the carbon content range, and the aging resistance by such martensite can be secured at the same time.
  • the content of carbon is less than 0.005% by weight, it is difficult to form martensite structure.
  • the carbon content exceeds 0.06% by weight, the strength may be excessively high and the elongation may be reduced to decrease the moldability.
  • Silicon (Si) is added as a deoxidizer to remove oxygen in the steel in the steelmaking process.
  • silicon contributes to the strength improvement of steel sheet through solid solution strengthening.
  • the silicon is preferably contained at 0.2% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or less of the total weight of the steel sheet.
  • the amount of silicon added exceeds 0.2% by weight, there is a problem in that a large amount of oxide is formed on the surface of the steel sheet to lower workability.
  • Manganese is an effective sinterable element and contributes to martensite formation upon cooling after annealing.
  • the manganese is preferably included in 1.0 to 2.0% by weight of the total weight of the steel sheet. If the content of manganese is less than 1.0% by weight, the effect of addition thereof is insufficient. On the contrary, when the content of manganese exceeds 2.0% by weight, the phase transformation start temperature is lowered, and phase change occurs before the ⁇ 111 ⁇ // ND texture is developed by recrystallization, resulting in deterioration of formability and surface oxidation of manganese. This can cause surface quality problems.
  • S Sulfur
  • the content of sulfur is limited to 0.01% by weight or less of the total weight of the steel sheet.
  • aluminum (Al) is not only used as a deoxidizer, but also an element capable of retarding Ac3 transformation to increase the carbon concentration in austenite, and is hard during cooling after annealing even at a low carbon content of 0.06 wt% or less. It is an effective element to make martensite of phase.
  • the aluminum is preferably contained in 0.2 to 2.0% by weight of the total weight of the steel sheet, more preferably contained in 0.3 to 1.0% by weight.
  • the austenite fraction increases rapidly in the abnormal temperature range during annealing, thereby increasing the material deviation and decreasing the carbon concentration in the austenite.
  • the same carbide structure can be formed to increase yield strength, degrade aging resistance, and lower the hardness of martensite.
  • the aluminum content exceeds 2.0% by weight, the Ac3 temperature is increased to reduce the abnormal area fraction during annealing, and finally the formation of martensite tissue is suppressed, and the risk of inclusions is increased and the surface oxidation phenomenon during the annealing process. There is a problem that can cause, deterioration of the plating quality.
  • Chromium (Cr) and molybdenum (Mo) are elements that can secure the martensite structure by strengthening the hardenability of the steel sheet.
  • Cr Cr
  • Mo molybdenum
  • the austenite fraction during annealing increases rapidly and the carbon concentration decreases.
  • the content of molybdenum is excessive, Ac3 temperature is increased to decrease the fraction of austenite, and increasing the Ac3 temperature is a factor for lowering the productivity in a typical continuous annealing line.
  • the effect change according to the addition amount of chromium and molybdenum is remarkable.
  • the steel sheet according to the present invention may include at least one of phosphorus (P): 0.02 to 0.08% by weight and molybdenum (Mo): 0.05 to 0.4% by weight.
  • Nitrogen (N) generates inclusions inside the steel and degrades the internal quality of the steel sheet.
  • the nitrogen content is limited to 0.008% by weight or less of the total weight of the steel sheet.
  • Phosphorus (P) contributes to the improvement of strength in part, and may have an effect of improving the texture, which is more remarkable when the phosphorus content is contained 0.02% by weight or more. Phosphorus is particularly effective in controlling the r value in the 45 ° direction. However, when phosphorus is contained in excess of 0.08% by weight of the total weight of the steel sheet, it may cause surface defects due to segregation and work brittleness.
  • the content thereof is preferably 0.02 to 0.08% by weight of the total weight of the steel sheet.
  • niobium and titanium which not only increases the yield strength when excessively added as a carbonitride-forming element, but also decreases the dissolved carbon content and prevents martensite formation. It is preferably limited to less than 0.01% by weight.
  • the steel sheet according to the present invention may have a ferrite single phase structure in a hot rolled steel sheet state and a ferrite and martensite abnormal structure in a cold rolled steel sheet state by the alloy components and the process control described later. More specifically, the steel sheet according to the present invention, in the cold rolled steel sheet state, the martensite is included in the area ratio of 5.0 ⁇ 10.0%, the rest may be made of ferrite. As a result, the steel sheet according to the present invention may exhibit a yield point elongation of less than 0.2% in a cold rolled steel sheet state. Through this, the steel sheet according to the present invention can be guaranteed for more than 12 months of aging. If the yield point is more than 0.2%, surface defects due to stretcher strain occur during processing, and aging tends to proceed rapidly.
  • the steel sheet according to the present invention may exhibit a ferrite matrix internal dislocation density of 1 ⁇ 10 13 / m 2 or more. Through this high dislocation density, it is possible to sufficiently secure the operating potential, thereby suppressing the aging phenomenon at room temperature. Therefore, the steel sheet according to the present invention may have excellent aging resistance.
  • the steel sheet according to the present invention may exhibit a yield ratio (YP / TS) of 0.45 or less through the above-described control of the alloy components and omitting the temper rolling process described later.
  • the steel sheet according to the present invention may exhibit an elongation (El) of 38% or more when the carbon content is adjusted to 0.025% by weight or less.
  • the steel sheet according to the present invention may exhibit an r-value of 1.2 or more as a result of controlling the coiling temperature to 680 ° C. or higher in the manufacturing process described later.
  • Steel sheet manufacturing method includes a slab reheating step, hot rolling step, winding step, cold rolling step and annealing heat treatment step.
  • the slab plate having the alloy composition described above is reheated at a temperature of about 1100 to 1250 ° C.
  • the reheated plate is hot rolled under a finish rolling temperature of Ar3 or more (about 870 ° C).
  • the hot rolled sheet is cooled and then wound up.
  • winding temperature is 680 degreeC or more, and it is more preferable that it is 680-750 degreeC.
  • secondary phase carbides such as Pearlite and Cementite
  • austenite having a high carbon concentration is generated and the strength is rapidly increased, the elongation decreases, so that the hot rolled structure is controlled to a ferrite single phase structure by winding at a high temperature of 680 ° C or higher.
  • single-phase tissue means a case where the ratio of one tissue is 99% or more in area ratio, including the case where the ratio of one tissue is 100% in area ratio.
  • the hot-rolled steel sheet has a ferrite single phase structure. This is possible by controlling the winding temperature of 680 ° C. or more together with the alloy composition.
  • the cold rolling step after pickling the wound sheet, it is cold rolled at a reduction ratio of approximately 50 to 80%.
  • the cold-rolled sheet material is annealed to control the microstructure of the steel sheet to be finally manufactured to control the austenite fraction and then cool.
  • the annealing treatment is preferably performed for about 50 to 150 seconds at 820 ⁇ 850 °C. If the annealing treatment temperature is less than 820 ° C., it is difficult to secure a sufficient austenite fraction, and as a result, it is difficult to obtain a martensite phase of 5% or more in area ratio. Conversely, when the annealing treatment temperature exceeds 850 ° C., the martensite phase in excess of 10% in area ratio may be formed in the microstructure of the steel sheet to be manufactured due to excessive austenite fraction.
  • the annealed plate is cooled to obtain a target microstructure.
  • the cooling is preferably carried out at an average cooling rate of 15 °C / sec or more, more preferably 15 ⁇ 30 °C / sec can be presented. Martensite is generated when the average cooling rate is cooled to 15 ° C / sec or more, and the dislocation density may increase during the phase change process. However, when the average cooling rate exceeds 30 °C / sec, excessive dislocation density rises, the yield ratio may increase.
  • the cooling may be performed up to 450 ⁇ 510 °C.
  • the plate after cooling, the plate may be subjected to constant temperature transformation, and then further cooled to a temperature below the Ms point. Through constant temperature transformation, strength and elongation can be controlled.
  • cooling may be carried out to a temperature below the Ms point.
  • the thermostatic treatment may be further performed.
  • martensite is contained in an area ratio of 5.0 to 10.0%, and the rest can secure a microstructure made of ferrite.
  • Hot-dip plating may be performed by hot dip galvanizing at about 450 to 510 ° C., or by hot dip galvanizing at about 450 to 510 ° C. and then heat-alloying at about 500 to 550 ° C.
  • the slab plate comprising the components described in Table 1 and consisting of the remaining iron and impurities was reheated at 1200 ° C. for 2 hours, followed by hot rolling. Hot rolling was carried out in finish rolling conditions at 870 °C corresponding to a temperature of at least the Ar3 point. The hot rolled sheet was cooled and wound at 700 ° C. Thereafter, cold pickling and cold rolling at 60% reduction, annealing at 830 ° C. for 100 seconds, and cooling to 300 ° C. at 20 ° C./sec to prepare steel plate specimens 1 to 5 and 8 were performed.
  • Table 2 shows the microstructure and mechanical properties of the specimens 1-7.
  • Microstructure and dislocation density were used for EBSD (Electron BackScatter Diffraction).
  • the dislocation density was evaluated by crystallographic misorientation analysis using EBSD (Electron Back-Scatter Diffraction).
  • EBSD Electro Back-Scatter Diffraction
  • ⁇ ( ⁇ ) 2 * ⁇ / L * ⁇ b ⁇
  • KAM [ ⁇ ] Kernel Average misorientation, ⁇ : misorientation angle, L: Unit Length, a: step length, n: Number of Kernel, ⁇ ( ⁇ ): dislocation density, b: burgers vector)
  • the ferrite single phase structure (99% or more ferrite) in the hot-rolled steel sheet, the ferrite, martensite abnormal structure in the cold-rolled steel sheet state
  • r-bar showed the highest value.
  • the martensitic structure had an area ratio of 5% or more, a aging guarantee period of 12 months or more, and a yield ratio of 0.45 or less.

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Abstract

내시효성 및 저항복비 특성이 우수한 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 강판은 중량%로, C : 0.005~0.06%, Si : 0.2% 이하, Mn : 1.0~2.0%, P : 0.08% 이하, S : 0.01% 이하, Al : 0.2~2.0%, 0.3 ≤ [Cr]+0.3[Mo] ≤ 2.0이 되도록 Cr 및 Mo 중 1종 이상, N : 0.008% 이하 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고, 열연강판 상태에서 페라이트 단상조직을 갖고, 냉연강판 상태에서 페라이트 및 마르텐사이트 이상조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

강판 및 그 제조 방법
본 발명은 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조질압연을 수행하지 않고도 내시효성 및 저항복비 특성이 우수한 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차용 외판재는 성형시 형상동결성을 확보하기 위한 저항복비 특성이 요구된다. 반면, 성형 후 완성 제품인 자동차에서는 외부에서 가해진 응력에 대해 쉽게 변형되지 않는 내덴트성이 필요하다.
소부경화강은 이러한 양면성을 만족시킬수 있는 강종으로 강중에 고용탄소를 잔류시켜 도장소부 과정에서 전위로의 탄소확산을 이용하여 최종제품의 항복강도를 높여 내덴트성을 확보할 수 있다. 통상 소부경화강은 도장소부 이후 3Kgf/mm2 이상의 항복강도 증가를 보증한다.
하지만 고용탄소는 도장 소부 조건 이외의 상온상태에서도 어느 정도 활성도를 가지며, 상온에서 시효현상 및 항복점 연신을 발생시키는 원인이 된다.
시효현상은 가동전위에 고용탄소가 고착되어 전위의 이동을 방해하기 때문에 생기는 현상이다. 시효현상 역시 고용탄소량에 비례적으로 증가하며, 시효현상을 억제하기 위하여, 강중의 고용탄소량을 0.001중량% 정도로 제어하는 방법이 널리 이용되어 왔다. 하지만 강중의 고용탄소량은 성분 및 제조공정의 다양한 공정변수로 인해 변화하며, 보관되는 온도 조건에 따라 언제든 시효현상이 발생 할 수 있는 조건에 노출되어 있다.
통상 소부경화강의 내시효 보증은 상온에서 3개월로 인식되어 왔으나, 실제로 운송기간과 사용시점을 고려 할 때 6개월~12개월 정도의 보다 긴내시효 기간을 요구하게 된다.
한편, 소부경화강의 내시효성을 개선하기 위한 방법으로 조질압연을 통해 강내에 전위밀도를 향상시키는 방법이 있다. 그러나 이 방법의 경우, 고용탄소가 많을 경우 혹은 낮은 압하율이 적용될 경우나 작업상의 조건에 따라 적절한 조질압연이 실시되지 못할 경우, 항복점 연신이 미세하게 잔류하여 표면 결함을 유발하거나 짧은 기간 내에 시효가 급격히 진행되어 강재의 품질을 열화시키는 원인이 된다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2000-0016460호(2000.03.25. 공개)에 개시되어 있는 내시효성이 우수한 도장인화 경화형 냉간압연 강판 및 그의 제조 방법이 있다.
본 발명의 목적은 내시효성 및 저항복비가 우수한 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.005~0.06%, 실리콘(Si) : 0.2% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 인(P) : 0.08% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.2~2.0%, 0.3 ≤ [Cr]+0.3[Mo] ≤ 2.0([ ]는 성분의 중량%)이 되도록 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상, 질소(N) : 0.008% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 열연강판 상태에서 페라이트 단상조직을 갖고, 냉연강판 상태에서 페라이트 및 마르텐사이트 이상조직을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강판은 인(P) : 0.02~0.08중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 [Cr]+0.3[Mo]의 값이 0.5~1.5인 것이 바람직하다.
또한, 상기 강판은 크롬(Cr) : 0.3~1.5중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 강판은 인(P) : 0.02~0.08중량% 및 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.4중량% 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 강판은 알루미늄(Al) : 0.3~1.0중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 강판은 냉연강판 상태에서, 상기 마르텐사이트가 면적률로 5.0~10.0% 포함되고, 나머지가 페라이트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 강판은 냉연강판 상태에서, 페라이트 기지 내 전위밀도가 1x1013 개/m2 이상일 수 있다.
또한, 상기 강판은 0.45 이하의 항복비(YP/TS)를 나타낼 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.005~0.06%, 실리콘(Si) : 0.2% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 인(P) : 0.08% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.2~2.0%, 0.3 ≤ [Cr]+0.3[Mo] ≤ 2.0([ ]는 성분의 중량%)이 되도록 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상, 질소(N) : 0.008% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 Ar3점 이상의 온도에서 열간압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 판재를 680~750℃에서 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 판재를 산세한 후, 냉간압연하는 단계; 및 (e) 상기 냉간압연된 판재를 820~850℃에서 소둔 처리한 후, 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 소둔 처리는 오스테나이트 체적분율이 15~20vol%가 되도록 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각은 450~510℃까지 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각된 판재를 항온변태 처리하는 단계; 및 상기 항온변태 처리된 판재를 Ms점 이하의 온도까지 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각은 Ms점 이하의 온도까지 수행될 수 있다.
또한, 상기 냉각은 15~30℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 강판 제조 방법에 의하면, 크롬, 알루미늄 등의 합금 성분 조절과 함께 열연공정 제어, 소둔 열처리 제어를 통하여, 열연강판 상태에서 페라이트 단상조직, 냉연강판 상태에서 페라이트, 마르텐사이트 이상조직을 갖는다.
특히, 본 발명에 따른 강판은 마르텐사이트가 면적률로 5% 이상 포함될 때, 항복점 연신이 0.2% 미만을 나타내었으며, 페라이트 기지 내 1x1013 개/m2 이상의 높은 전위밀도를 나타내었다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 강판 제조 방법에 의하면, 조질압연을 수행하지 않으면서도 12개월 이상의 우수한 내시효 특성을 갖는 강판을 제조할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 강판 제조 방법에 의하면, 조질압연 공정을 생략한 결과, 0.45 이하의 저항복비 특성을 강판을 제조할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 강판 제조 방법에 의하면, 탄소 함량을 0.025중량% 이하로 제어하고, 또한 권취 온도를 680℃ 이상으로 제어할 경우, 38% 이상의 연신율 및 1.2 이상의 r-value를 나타내어 성형성이 우수한 강판을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
강판
본 발명에 따른 강판은, 중량%로, 탄소(C) : 0.005~0.06%, 실리콘(Si) : 0.2% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.2~2.0%, 0.3 ≤ [Cr]+0.3[Mo] ≤ 2.0([ ]는 성분의 중량%)이 되도록 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상, 질소(N) : 0.008% 이하를 포함한다.
또한, 상기 강판은 인(P) : 0.02~0.08중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 합금성분들 외 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
마르텐사이트 조직은 오스테나이트(Austenite)조직에서 무확산 변태에 의한 과포화 탄소를 함유한 조직으로, 탄소는 이러한 마르텐사이트 조직 형성에 기여한다.
상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.005~0.06중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 38% 이상의 연신율을 얻는 것을 목적으로 할 경우, 상기 탄소는 0.005~0.025중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 탄소 함량 범위에서 연신율이 크게 열화되지 않는 상태로 마르텐사이트 조직을 확보할 수 있으며, 이러한 마르텐사이트에 의한 내시효성도 동시에 확보할 수 있다. 탄소의 함량이 0.005중량% 미만일 경우, 마르텐사이트 조직을 형성하기 어렵다. 반대로, 탄소 함량이 0.06중량%를 초과하는 경우, 강도가 지나치게 높아지고 연신율이 감소하여 성형성이 저하될 수 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘은 고용강화를 통한 강판의 강도 향상에 기여한다.
상기 실리콘은 강판 전체 중량의 0.2중량% 이하로 함유되는 것이 바람직하고, 0.1중량% 이하로 함유되는 것이 보다 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.2중량%를 초과하는 경우, 강판 표면에 산화물을 다량 형성하여 가공성을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)
망간은 효과적인 소입성 원소로서, 소둔 처리 후 냉각시 마르텐사이트 형성에 기여한다.
상기 망간은 강판 전체 중량의 1.0~2.0중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 망간의 함량이 1.0중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 함량이 2.0중량%를 초과하면 상변태 시작 온도가 낮아지고, 재결정에 의해 {111}//ND 집합조직이 발달하기 전에 상변화가 발생하여 성형성이 열화 되고, 망간의 표면산화에 의해 표면품질문제를 야기할 수 있다.
황(S)
황(S)은 MnS를 형성하여 유효 망간 함량을 감소시키고, MnS에 이한 표면 결함을 야기할 수 있다.
이에 본 발명에서는 황의 함량을 강판 전체 중량의 0.01중량% 이하로 제한하였다.
알루미늄(Al)
본 발명에서 알루미늄(Al)은 탈산제로서 사용될 뿐만 아니라, 특히 Ac3 변태를 지연시켜 오스테나이트내 탄소 농화도를 높일 수 있는 원소로서, 0.06중량% 이하의 낮은 탄소함량으로도 소둔 처리 후 냉각 과정에서 경질상의 마르텐사이트를 만드는데 효과적인 원소이다.
상기 알루미늄은 강판 전체 중량의 0.2~2.0중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 0.3~1.0중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 알루미늄의 함량이 0.2중량% 미만일 경우, 소둔 중 이상역 온도 구간에서 오스테나이트 분율이 급격히 증가하여 재질편차가 증가할 뿐만 아니라, 오스테나이트 내 탄소 농화도가 감소하여 냉각시 베이나이트나, 퍼얼라이트와 같은 탄화물 조직이 형성되어 항복강도를 높이고, 내시효성도 열화시킬 수 있으며, 마르텐사이트의 경도가 낮아질 수 있다. 반대로, 알루미늄의 함량이 2.0중량%를 초과하면 Ac3 온도가 증가하여 소둔 중 이상역 분율이 감소하게 되고 최종적으로 마르텐사이트 조직의 생성이 억제될 뿐만 아니라, 개재물 증가의 위험과 소둔 과정에서 표면산화 현상을 야기 할 수 있고, 도금 품질을 열화 시키는 문제점이 있다.
크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)
크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)은 강판의 소입성을 강화하여 마르텐사이트 조직을 확보할 수 있도록 하는 원소들이다. 그러나, 크롬의 함량이 과다할 경우, 소둔 중 오스테나이트 분율이 급격하게 증가하여 탄소농화도가 감소한다. 또한, 몰리브덴의 함량이 과다할 경우, Ac3 온도가 증가하여 오스테나이트의 분율을 감소시키며, Ac3 온도 증가는 통상적인 연속소둔라인에서 생산성을 저하시키는 요인이 된다. 그리고, 크롬과 몰리브덴 첨가량에 따른 효과 변화는 크롬의 경우가 현저하다.
이러한 점에 착안하여, 본 발명의 발명자들은 오랜 연구 결과, 본 발명에 따른 강판의 합금조성에 있어서, 크롬과 몰리브덴이 아래 식을 만족할 때, 크롬과 오스테나이트 함량 과다로 인한 문제점을 발생시키지 않으면서 마르텐사이트 조직 확보에 기여하는 것을 알아내었다.
식 : 0.3 ≤ [Cr]+0.3[Mo] ≤ 2.0([ ]는 성분의 중량%)
[Cr]+0.3[Mo]이 0.3 미만일 경우, 크롬과 몰리브덴 첨가에 따른 소입성 강화 효과를 충분히 발휘하기 어렵다. 반대로, [Cr]+0.3[Mo]이 2.0을 초과하는 경우, 크롬 과다 첨가의 문제점 혹은 몰리브덴 과다 첨가의 문제점이 발생할 수 있다. 상기의 [Cr]+0.3[Mo]의 경우, 안정적인 마르텐사이트 확보 측면에서, 0.5 ≤ [Cr]+0.3[Mo] ≤ 1.5인 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 크롬의 경우, 0.3~1.5중량%를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 본 발명에 따른 강판은 인(P) : 0.02~0.08중량% 및 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.4중량% 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
질소(N)
질소(N)는 강 내부에 개재물을 발생시켜 강판의 내부 품질을 저하시킨다.
이에 본 발명에서는 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0.008중량% 이하로 제한하였다.
인(P)
인(P)은 강도 향상에 일부 기여하며, 집합조직 개선효과를 나타낼 수 있으며, 이는 인의 함량이 0.02중량% 이상 함유될 때 보다 현저하다. 인은 특히 45° 방향의 r값을 제어하는데 효과적이다. 그러나 인이 강판 전체 중량의 0.08중량%를 초과하여 과다 함유될 경우 편석에 의한 표면결함과 가공취성 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 인이 의도적으로 첨가될 경우, 그 함량은 강판 전체 중량의 0.02~0.08중량%가 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 강판의 경우, 탄질화물 형성원소로서 과다 첨가시 항복강도를 높일 뿐만 아니라 고용탄소함량을 감소시켜 마르텐사이트 형성을 방해하는 니오븀과 티타늄이 첨가되지 않는 것이 바람직하며, 포함되더라도 각각 0.01중량% 미만으로 제한되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 강판은 상기 합금성분들 및 후술하는 공정 제어에 의하여, 열연강판 상태에서 페라이트 단상조직을 갖고, 냉연강판 상태에서 페라이트 및 마르텐사이트 이상조직을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 강판은 냉연강판 상태에서, 상기 마르텐사이트가 면적률로 5.0~10.0% 포함되고, 나머지가 페라이트로 이루어질 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 강판은 냉연강판 상태에서, 항복점 연신이 0.2% 미만을 나타낼 수 있다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 강판은 12개월 이상의 내시효 보증이 가능하다. 항복점 연신이 0.2% 이상인 경우, 가공중 스트레처 스트레인(stretcher strain)에 의한 표면결함이 발생하며, 시효가 급격히 진행되는 경향이 있다.
또한, 본 발명에 따른 강판은 페라이트 기지 내부 전위밀도가 1x1013 개/m2 이상을 나타낼 수 있다. 이러한 높은 전위밀도를 통하여 가동전위를 충분히 확보할 수 있으며, 이를 통하여 상온에서의 시효 현상을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강판은 우수한 내시효성을 가질 수 있다.
또한 본 발명에 따른 강판은 상기의 합금 성분 제어 및 후술하는 조질압연 공정 생략을 통하여 0.45 이하의 항복비(YP/TS)를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 강판은 탄소 함량이 0.025중량% 이하로 조절될 경우에는 38% 이상의 연신율(El)을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 강판은 후술하는 제조 과정에서 권취 온도를 680℃ 이상으로 제어한 결과, 1.2 이상의 r-value을 나타낼 수 있다.
강판 제조 방법
본 발명에 따른 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계, 열간압연 단계, 권취 단계, 냉간압연 단계 및 소둔 열처리 단계를 포함한다.
우선, 슬라브 재가열 단계에서는 전술한 합금 조성을 갖는 슬라브 판재를 대략 1100~1250℃ 정도의 온도로 재가열한다.
다음으로, 열간압연 단계에서는 재가열된 판재를 Ar3점 이상의 마무리압연온도(대략 870℃ 정도) 조건으로 열간압연한다. 다음으로, 권취 단계에서는 열간압연된 판재를 냉각한 후, 권취한다.
이때, 권취 온도는 680℃ 이상인 것이 바람직하고, 680~750℃인 것이 보다 바람직하다. 680℃ 미만의 온도에서 권취시 퍼얼라이트(Pearlite), 세멘타이트(Cementite)와 같은 제 2상 탄화물들이 잔류하여 냉간압연 시 집합조직의 열화를 야기하는 전단띠(Shear Band)가 발생하고, 탄화물 조직에서 탄소 농도가높은 오스테나이트가 생성되어 강도가 급격히 증가하면서 연신율의 저하가 발생하므로, 680℃ 이상의 고온에서 권취를 실시하여 열연조직을 페라이트 단상 조직으로 제어한다. 본 발명에서 '단상 조직'이라 함은 하나의 조직의 비율이 면적률로 100%인 경우를 포함하여, 하나의 조직의 비율이 면적률로 99% 이상인 경우를 의미한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 강판의 경우, 열연강판 상태에서는 페라이트 단상 조직을 갖는다. 이는 합금조성과 함께 680℃ 이상의 권취온도 제어를 통하여 가능하다.
다음으로, 냉간압연 단계에서는 권취된 판재를 산세한 후, 대략 50~80%의 압하율로 냉간압연한다.
다음으로, 소둔 열처리 단계에서는 최종 제조되는 강판의 미세 조직 제어를 위하여 냉간압연된 판재를 소둔 처리하여 오스테나이트 분율을 제어한 후, 냉각한다.
이때, 소둔 처리는 820~850℃에서 대략 50~150초 정도 수행되는 것이 바람직하다. 소둔 처리 온도가 820℃ 미만일 경우, 충분한 오스테나이트 분율을 확보하기 어려우며, 그 결과 면적률로 5% 이상의 마르텐사이트 상을 얻기 어렵다. 반대로, 소둔 처리 온도가 850℃를 초과하는 경우, 과도한 오스테나이트 분율로 인하여 최종 제조되는 강판의 미세 조직에 면적률로 10%를 초과하는 마르텐사이트 상이 형성될 수 있다.
냉각 단계에서는 목표하는 미세조직을 얻기 위해 소둔 처리된 판재를 냉각한다. 이때, 냉각은 15℃/sec 이상의 평균냉각속도로 수행되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15~30℃/sec를 제시할 수 있다. 평균냉각속도가 15℃/sec 이상에서 냉각시 마르텐사이트가 생성되어, 상변화 과정 중 전위밀도가 증가 할 수 있다. 다만, 평균냉각속도가 30℃/sec를 초과하는 경우, 과다한 전위밀도 상승이 발생하며, 항복비가 높아지는 문제점이 발생할 수 있다.
일 예로, 냉각은 450~510℃까지 수행될 수 있다. 이 경우, 냉각 후, 판재를 항온변태 처리한 후, Ms점 이하의 온도까지 냉각하는 과정을 더 수행할 수 있다. 항온 변태 처리를 통하여 강도와 연신율을 조절할 수 있다.
다른 예로, 냉각은 Ms점 이하의 온도까지 수행될 수 있다. 이 경우에도 항온변태 처리 과정을 추가로 수행할 수 있다.
상기와 같은 소둔 열처리를 통하여, 마르텐사이트가 면적률로 5.0~10.0% 포함되고, 나머지가 페라이트로 이루어진 미세조직을 확보할 수 있다.
한편, 상기 소둔 열처리 후에는, 판재를 용융도금하는 단계가 더 포함될 수 있다. 용융도금은 대략 450~510℃에서 용융아연도금하는 방식으로 수행되거나, 대략 450~510℃에서 용융아연도금한 후 대략 500~550℃에서 합금화열처리하는 방식으로 수행될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 강판 시편의 제조
표 1에 기재된 성분들을 포함하고 나머지 철과 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1200℃에서 2시간동안 재가열하고, 이어 열간압연을 수행하였다. 열간압연은 Ar3점 이상의 온도에 해당하는 870℃에서 마무리압연 조건으로 수행하였다. 열간압연된 판재를 냉각하여 700℃에서 권취를 수행하였다. 이후, 산세 및 60%의 압하율로 냉간압연하고, 830℃에서 100초동안 소둔 처리한 후 20℃/sec로 300℃까지 냉각하여, 강판 시편 1~5, 8을 제조하였다.
강판 시편 6의 경우에는 다른 조건은 시편 1 제조 과정과 동일하나, 소둔 처리를 790℃에서 수행하고, 20℃/sec로 300℃까지 냉각한 후, 0.5%의 압하율로 조질압연을 실시하였다.
또한, 강판 시편 7의 경우에는 다른 조건은 시편 1 제조 과정과 동일하나, 권취 온도가 600℃이었다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure PCTKR2014000846-appb-I000001
2. 기계적 특성 평가
표 2는 시편 1~7의 미세조직 특성 및 기계적 특성을 나타낸 것이다.
미세조직 및 전위밀도는 EBSD(Electron BackScatter Diffraction)를 이용하였다.
그리고, 전위밀도는 EBSD(Electron Back-Scatter Diffraction)을 사용한 결정학적 misorientation 분석을 통하여 평가하였으며, 전위밀도를 구하는 식은 다음과 같다.
KAM[θ] = 1/6n × Σ ( θ1+θ2 + …………… + θn )
L = a(2n+1)
ρ(θ) = 2*θ / L *ㅣbㅣ
(상기 식에서, KAM[θ] : Kernel Average misorientation, θ : misorientation angle), L : 단위길이(Unit Length), a : step length, n : Number of Kernel, ρ(θ) : 전위 밀도, b : burgers vector)
[표 2]
Figure PCTKR2014000846-appb-I000002
표 2를 참조하면, 본 발명에서 제시된 조건을 만족하는 강판 시편 1~3, 8의 경우, 열연강판 상태에서 페라이트 단상조직(페라이트 99% 이상), 냉연강판 상태에서 페라이트, 마르텐사이트 이상조직을 나타내었으며, 인의 함량이 0.05중량%인 시편 8의 경우 r-bar가 가장 높은 값을 나타내었다. 보다 구체적으로, 강판 시편 1~3의 경우, 마르텐사이트 조직의 면적률이 5% 이상이었으며, 내시효 보증기간이 12개월 이상, 항복비가 0.45이하를 나타내어, 내시효성 및 저항복비 특성이 모두 우수하였다.
이에 반하여, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄이 충분히 첨가되지 않은 대신 니오븀이 첨가된 강판 시편 4의 경우, 냉연강판 상태에서도 마르텐사이트 상이 충분히 얻어지지 않았으며, 이에 따라 내시효 특성이 상대적으로 좋지 못하였다.
또한, 크롬, 몰리브덴이 충분히 첨가되지 않은 강판 시편 5의 경우, 마르텐사이트가 면적률로 1% 미만 미량 형성됨으로써 내시효 특성이 상대적으로 좋지 못하였다.
또한, 소둔 처리 온도가 790℃로 상대적으로 낮은 강판 시편 6의 경우, 마르텐사이트가 상대적으로 적게 형성되었다. 다만, 강판 시편 6의 경우, 조질압연을 수행함으로써 12개월 이상까지 내시효 특성을 발휘할 수 있었으나, 저항복비 특성이 상대적으로 좋지 못하였다. 이에 반하여, 시편 1~3, 8의 경우, 조질압연을 수행하지 않으면서 우수한 저항복비 특성을 나타낼 수 있으면서도 내시효 특성까지 우수한 특징이 있다.
또한, 권취온도가 680℃ 미만인 강판 시편 7의 경우, 강판 시편 1~3에 비하여 가공성이 상대적으로 좋지 못하였다.
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 (15)

  1. 중량%로, 탄소(C) : 0.005~0.06%, 실리콘(Si) : 0.2% 이하, 망간(Mn) : 1.0~2.0%, 인(P) : 0.08% 이하, 황(S) : 0.01% 이하, 알루미늄(Al) : 0.2~2.0%, 0.3 ≤ [Cr]+0.3[Mo] ≤ 2.0([ ]는 성분의 중량%)이 되도록 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상, 질소(N) : 0.008% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 열연강판 상태에서 페라이트 단상조직을 갖고, 냉연강판 상태에서 페라이트 및 마르텐사이트 이상조직을 갖는 것을 특징으로 하는 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 인(P) : 0.02~0.08중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 [Cr]+0.3[Mo]의 값이 0.5~1.5인 것을 특징으로 하는 강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 크롬(Cr) : 0.3~1.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강판은 인(P) : 0.02~0.08중량% 및 몰리브덴(Mo) : 0.05~0.4중량% 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 알루미늄(Al) : 0.3~1.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 냉연강판 상태에서, 상기 마르텐사이트가 면적률로 5.0~10.0% 포함되고, 나머지가 페라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 강판은 냉연강판 상태에서, 페라이트 기지 내 전위밀도가 1x1013 개/m2 이상인 것을 특징으로 하는 강판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 0.45 이하의 항복비(YP/TS)를 나타내는 것을 특징으로 하는 강판.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 기재된 합금 성분을 갖는 슬라브 판재를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 판재를 Ar3점 이상의 온도에서 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연된 판재를 680~750℃에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 판재를 산세한 후, 냉간압연하는 단계; 및
    상기 냉간압연된 판재를 820~850℃에서 소둔 처리한 후, 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소둔 처리는 오스테나이트 체적분율이 15~20vol%가 되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 냉각은 450~510℃까지 수행되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각된 판재를 항온변태 처리하는 단계; 및
    상기 항온변태 처리된 판재를 Ms점 이하의 온도까지 냉각하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 냉각은 Ms점 이하의 온도까지 수행되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 냉각은 15~30℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 강판 제조 방법.
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