JP2010530030A

JP2010530030A - 冷延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010530030A
Application number: JP2010511132A
Authority: JP
Inventors: キム、ソンジュ; リー、ジョンス; イム、ヨンビン
Original assignee: ヒュンダイスチールカンパニー
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-09-02
Also published as: CN101680046B; KR20090043442A; DE112008001551T5; US20100172788A1; KR101042434B1; DE112008001551B4; CN101680046A

Abstract

本発明に係る冷延鋼板の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）０．００５％以下、窒素（Ｎ）０．００５％以下、マンガン（Ｍｎ）０．１〜１．０％、リン（Ｐ）０．００５〜０．１％、ニオビウム（Ｎｂ）０．０１５〜０．０４％、珪素（Ｓｉ）０．３％以下、硫黄（Ｓ）０．０２％以下、アルミニウム（Ａｌ）０．００１〜０．０３％を添加し、Ｎｂ／Ｃ原子比を１以上、Ａｌ／Ｎ原子比を０．５〜１．５に調節し、残りの残部が鉄（Ｆｅ）と鋼の製造時に不可避に含まれる元素を含む鋼をオーステナイト領域の温度である１１５０〜１３００℃で均質化処理した後、仕上げ熱間圧延する時にＡｒ_３変態点直上である８９０〜９５０℃で圧延して熱延鋼板を製造し、次に４５０〜６５０℃の温度範囲で熱延巻き取った後、巻き取られた熱延鋼板を冷間圧下率４０〜８０％で圧延し、焼鈍を７５０〜８８０℃の範囲で実施する。これによれば、本発明は、炭素と窒素を固溶元素として利用するためにニオビウム、アルミニウムなどのような合金元素の添加量を調節し、熱処理温度を低温焼鈍と低温巻取り過程を通じて製造することにより、常温耐時効性と焼付硬化性に優れた冷延鋼板を製造できる有用な効果を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車のドアまたはフード（ｈｏｏｄ）、トランクの蓋（ｔｒｕｎｋｌｉｄ）のような外板材に適用する冷延鋼板の製造方法に関し、より詳しくは、低炭素鋼に固溶元素の炭素と窒素を固着するためのニオビウム（Ｎｂ）とアルミニウム（Ａｌ）の添加量を調節し、鋼の強度を調節するためにマンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）の添加量を適切に調節することにより、優れた常温耐時効性および焼付硬化性を有するようにすると共に、外板材として必要な降伏強度と塗装熱処理後最終製品の高い降伏強度を維持できるようにした冷延鋼板の製造方法に関する。

最近、自動車用冷延鋼板には自動車の軽量化による燃費向上と車体の軽量化を目的とする高強度化が求められ、この他にも、十分な降伏強度、引張強度、良好なプレス成形性、スポット溶接性、疲労特性および塗装耐食性などが求められている。

一般的に、鋼板は強度と成形性が互いに相反する特徴として表されるのが通常であるが、両特性を満足する鋼としては複合組織鋼板と焼付硬化型鋼板がある。

この中、複合組織鋼板は、引張強度が４０Ｋｇｆ／ｍｍ^２級以上であって、高い引張強度に比べて成形性が低下するだけでなく、マンガン、クロムなどの合金元素の過多な添加によって製造時に原価上昇をもたらす。

また、焼付硬化型鋼板は、引張強度４０Ｋｇｆ／ｍｍ^２級以下の鋼において、プレス成形時に軟質鋼板に近い降伏強度を有するために延性に優れ、プレス成形後、塗装焼付処理時に降伏強度が上昇する鋼の特性を有する。

焼付硬化は、鋼中に固溶された侵入型元素である炭素や窒素が変形過程で生成された電位を固着して発生する一種の変形時効を利用したものであり、固溶炭素および窒素が増加すれば、焼付硬化量は増加するが、固溶元素の過多によって常温時効を伴って成形性の悪化をもたらすために固溶元素の制御が重要である。

従来の自動車外板材用鋼板は、極低炭素アルミニウムキルド鋼にチタニウム（Ｔｉ）またはニオビウム（Ｎｂ）の添加量を適切に調節し、鋼中に存在する固溶炭素の量を調節して焼付硬化能を確保し、固溶強化元素であるリン（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）などを添加し降伏強度を確保して製造してきた。

既存の焼付硬化鋼を形成するためにチタニウムを添加して残留する固溶炭素量を制御する方法は、チタニウムが窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、炭素（Ｃ）などの様々な元素と鋼中において結合するため、最終焼付硬化能に及ぼす固溶炭素量が大きく変化して材質偏差が激しい恐れがある。

一方、焼付硬化鋼を形成する他の例として、ニオビウム（Ｎｂ）を添加して残留する固溶炭素量を制御する方法は、高温焼鈍を必要とするため、焼鈍条件によって材質偏差が激しく、溶融メッキ材の製造時のメッキ品質が悪くなる恐れがある。また、既存の固溶炭素を利用して焼付硬化能を確保する方法は、炭素の拡散速度が速いため、時効保証期間を長時間に確保し難い短所がある。

すなわち、従来の焼付硬化鋼は、固溶炭素を鋼中に残留させて焼付硬化能を確保する場合、炭素が常温で拡散が速いため、焼付硬化能は高い反面、常温耐時効性は低下する短所を有する。

また、固溶窒素の場合には、アルミニウム脱酸鋼において、一般的な巻取り工程において大部分ＡｌＮとして析出されるか、チタニウムを添加した鋼の場合には、高温においてＴｉＮとして析出されるため、焼付硬化に必要な固溶元素として利用できない短所がある。

また、焼付硬化能を確保するための技術として、炭素含量０．０１％以上の低炭素鋼の場合、高温焼鈍を通じて固溶炭素を除去し、アルミニウムの添加によって固溶窒素を制御した事例がある。しかし、高温焼鈍は、制御条件によって部位別の材質偏差が激しく、焼鈍後にも固溶炭素が完全に除去されない短所がある。

この場合、チタニウムとニオビウムを添加して固溶炭素を除去しても、ＮｂＣとＴｉＣの管理が制御されなければ、残留固溶炭素によって成形性が低下し、常温耐時効性が安定的に確保できない短所がある。

本発明は、前記諸問題を考慮し解決するために導き出されたものであって、炭素と窒素を固着するためのニオビウム（Ｎｂ）とアルミニウム（Ａｌ）の添加量を調節し、鋼の強度を調節するためにマンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）の添加量を適切に調節すると共に、低温焼鈍と低温巻取り工程を通じて製造することにより、外板材として必要な降伏強度と塗装熱処理後最終製品の高い降伏強度を維持し、耐デント（ｄｅｎｔ）性に優れた冷延鋼板の製造方法を提供することをその目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、重量％で、炭素（Ｃ）０．００５％以下、窒素（Ｎ）０．００２〜０．００５％、マンガン（Ｍｎ）０．１〜１．０％、リン（Ｐ）０．００５〜０．１％、ニオビウム（Ｎｂ）０．０１５〜０．０４％、珪素（Ｓｉ）０．３％以下、硫黄（Ｓ）０．０２％以下、アルミニウム（Ａｌ）０．００１〜０．０３％を添加し、
Ｎｂ／Ｃ原子比を１以上、Ａｌ／Ｎ原子比を０．５〜１．５に調節し、残りの残部が鉄（Ｆｅ）と鋼の製造時に不可避に含まれる元素を含む鋼を１１５０〜１３００℃で均質化処理した後、仕上げ熱間圧延温度をＡｒ_３変態点直上である８９０〜９５０℃にし、
前記熱間圧延された熱延鋼板を熱延巻取りし、前記熱延鋼板を冷間圧下率を４０〜８０％にして冷間圧延することを特徴とする。

また、前記冷間圧延後、７５０〜８８０℃の温度範囲で焼鈍処理する。

さらに、前記熱延巻取りは４５０〜６５０℃の温度範囲で実施することが好ましい。

本発明の他の特徴的な要素としては、重量％で、炭素（Ｃ）０．００５％以下、窒素（Ｎ）０．００２〜０．００５％、マンガン（Ｍｎ）０．１〜１．０％、リン（Ｐ）０．００５〜０．１％、ニオビウム（Ｎｂ）０．０１５〜０．０４％、珪素（Ｓｉ）０．３％以下、硫黄（Ｓ）０．０２％以下、アルミニウム（Ａｌ）０．００１〜０．０３％を添加し、
Ｎｂ／Ｃ原子比を１以上、Ａｌ／Ｎ原子比を０．５〜１．５に調節し、残りの残部が鉄（Ｆｅ）と鋼の製造時に不可避に含まれる元素を含む鋼からなる冷延鋼板であることを特徴とする。

本発明は炭素と窒素を固溶元素として利用して焼付硬化性と常温耐時効性に優れた冷延鋼板を製造するものであり、これによれば、本発明は、炭素と窒素を固溶元素として利用するために、ニオビウム、アルミニウムなどのような合金元素の添加量を調節し、熱処理温度を低温焼鈍と低温巻取り過程を通じて製造することにより、常温耐時効性と焼付硬化性に優れた冷延鋼板を製造することができる有用な効果を有する。

また、本発明は、固溶炭素を最大限抑制して焼付硬化における炭素の影響を遮断するので、不均一加工を防止し、常温耐時効性が保証され、時効保証期間を長期間確保できる有用な効果を有する。

さらに、本発明は、マンガンの含量を下げるため、加工性およびスポット溶接性が向上する。また、マンガンの含量を下げることによって発生する鋼板の強度低下は、析出物および固溶窒素の制御を通じた焼付硬化によって確保されるようにした。したがって、自動車用外板材に安定的に使用できる有用な効果が有する。

本発明に係る冷延鋼板の製造方法によって製造された実施例と他の成分を有する比較例とを比較したものであり、熱延巻取り温度に応じた焼付硬化値の変化を示すグラフである。本発明の実施例と比較例の焼鈍温度に応じた焼付硬化値の変化を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照してより詳細に説明する。

本発明に係る冷延鋼板およびその製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）０．００５％以下、窒素（Ｎ）０．００２〜０．００５％、マンガン（Ｍｎ）０．１〜１．０％、リン（Ｐ）０．００５〜０．１％、ニオビウム（Ｎｂ）０．０１５〜０．０４％、珪素（Ｓｉ）０．３％以下、硫黄（Ｓ）０．０２％以下、アルミニウム（Ａｌ）０．００１〜０．０３％を添加し、Ｎｂ／Ｃ原子比を１以上、Ａｌ／Ｎ原子比を０．５〜１．５に調節し、残りの残部が鉄（Ｆｅ）と鋼の製造時に不可避に含まれる元素を含む鋼をオーステナイト領域の温度である１１５０〜１３００℃で均質化処理した後、仕上げ熱間圧延する時にＡｒ_３変態点直上である８９０〜９５０℃で圧延して熱延鋼板を製造し、次に４５０〜６５０℃の温度範囲で熱延巻き取った後、巻き取られた熱延鋼板を冷間圧下率４０〜８０％で圧延し、焼鈍を７５０〜８８０℃の範囲で実施する。

その次、合金化溶融メッキラインにおいてカルバリウムや亜鉛メッキする過程で４６０℃の温度で溶融メッキし、４６０〜５６０℃の温度で合金化処理を施して溶融メッキ鋼板を製造することができる。

この時、焼鈍処理後、４００℃の温度で過時効処理することが好ましいが、低温焼鈍によって省略してもよい。

前記メッキ温度４６０℃は公知の溶融槽内の温度であるため、温度範囲を正確に指定しないことが好ましい。

前記熱延巻取りステップにおいて、４５０℃以下である場合には、スラブ再加熱工程において窒素がＡｌＮとして結合されるため、窒素による焼付硬化能の確保が難しくなる。

逆に、巻取り温度が６５０℃より高い場合には、焼付硬化能が急激に減少するため、熱延巻取り温度を４５０〜６５０℃に制限することが好ましい。

また、本発明の合金組成は、固溶炭素を最大限抑制するために、炭素含量が０．００５ｗｔ％以下である極低炭素鋼を使用する。これは、原鋼から炭素含量を下げ、固溶窒素だけで鋼の焼付硬化を制御する。

焼付硬化能を達成するには窒素だけで制御する場合が炭素より有利である。これは、窒素が炭素より鋼中において拡散速度が遅いので常温耐時効性の側面で有利であるためである。ここで、常温耐時効は時間に応じて鋼板の材質が変わることを意味し、焼付硬化鋼は、鉄鋼社から自動車メーカーに供給され、長時間が経過した後に使用されるため、常温耐時効性が保証されなければならない。

また、微量の残留固溶炭素はＮｂ／Ｃ原子比を調節して最大限除去する。このために、Ｎｂ／Ｃ原子比は１以上に調節する。これは、鋼中の固溶炭素を全てＮｂＣの析出物として析出して、固溶窒素だけが鋼中に存在するようにする。これにより、焼付硬化時に固溶炭素の影響が遮断される。

固溶窒素は、窒素と析出物を形成するアルミニウムによって制御される。固溶窒素も適正に制御されない場合には、常温耐時効性および成形性の低下問題を引き起こす。固溶窒素を制御するためのＡｌ／Ｎ原子比は０．５〜１．５に調節する。これは、Ａｌ／Ｎ原子比が０．５未満であれば、常温耐時効性を安定的に確保することができず、１．５を超過すれば、適正な固溶窒素が確保できないので焼付硬化能が低下するためである。

また、本発明の合金組成は、加工性およびスポット溶接性を悪化させる元素であるマンガンの含量を下げて加工性およびスポット溶接性を向上させる。この時、マンガンの含量を下げることによって発生する冷延鋼板の強度低下は、ＮｂＣとＡｌＮの析出硬化を通じた組織均一および微細化によって補強される。
本発明の冷延鋼板に含まれる成分に対する説明を重量％（以下では％という）を基準に説明すれば次の通りである。

１．炭素（Ｃ）：０．００５％以下
炭素（Ｃ）の量が０．００５％以上であれば、炭素を固着させるためのニオビウム（Ｎｂ）の量が増加して鋼の製造費用が増加するだけでなく、鋼の加工性が減少する。
また、ニオビウムによる炭素の固着が充分ではない場合、炭素による時効現象が速く進行して鋼の常温耐時効性を減少させ得る。したがって、炭素の添加量を０．００５％以下に制限する。

２．珪素（Ｓｉ）：０．３％以下
珪素（Ｓｉ）は鋼中に固溶状態で存在する炭素の活動度を増加させて常温耐時効性を悪くし、メッキ時のメッキ品質を大きく低下させる。また、添加量が増加するほど固溶強化効果によって強度は増加するが、それに伴う延性の減少が起こるため、珪素の上限添加量を０．３％に制限する。

３．マンガン（Ｍｎ）：０．１〜１．０％
マンガン（Ｍｎ）は鋼中に固溶状態で存在して鋼の強度を増加させる機能を有するが、添加量が１．０％以上であれば鋼の延性が大きく減少するため、マンガンの上限添加量を１．０％にする。しかし、鋼中にマンガンが添加されなければ鋼中に存在する硫黄による高温脆性が生じ得るため、マンガンの下限添加量を０．１％に制限することが好ましい。

４．リン（Ｐ）：０．００５〜０．１％
リン（Ｐ）は鋼中に固溶状態で存在して鋼の強度を増加させる機能を有する。但し、添加量が０．１％以上であれば鋼の延性が大きく減少し、溶接性が大きく低下するため、リンの上限添加量を０．１％にする。しかし、鋼中にマンガンが添加されなければ鋼の十分な強度確保が難しいため、リンの下限添加量を０．００５％に制限することが好ましい。

５．ニオビウム（Ｎｂ）：０．０１５〜０．０４％
ニオビウム（Ｎｂ）は鋼中に固溶状態で存在する炭素を固着するために添加する。鋼中に固溶炭素で存在する固溶炭素は、冷然集合組織形成を阻害して鋼の加工性を減少させる。また、固溶状態で存在する炭素がある場合、炭素の速い拡散によって常温耐時効性を劣化させるため、固溶炭素を固着するための十分な量のニオビウムが必要である。添加が必要なニオビウムの量はＮｂ／Ｃの原子量が１以上になるように添加しなければならないが、炭素の添加量を考慮し、下限は０．０１５％、上限は０．０４％に制限した。

６．窒素（Ｎ）：０．００２〜０．００５％
一般的に窒素（Ｎ）は鋼中に不可避に添加される元素であるが、本発明では、この窒素を用いて焼付硬化能を制御するために添加量を調節する必要がある。添加量が少なすぎれば、窒素による焼付硬化能を確保することができず、多すぎれば、窒素による焼付硬化能は十分に確保できるものの、固溶窒素による時効現象が生じ得るし、加工性が減少し得るため、窒素の添加量を０．００２〜０．００５％にする。

７．アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．０３％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼の脱酸のために添加されたりもするが、本発明では、窒素と結合して焼付硬化能を制御するのに利用する。アルミニウムの添加量が０．００１％未満であれば、脱酸機能が低下して鋼中に酸素が存在するようになり、製鋼時にマンガン、シリコンなどの酸化物形成元素が添加される場合、マンガン酸化物、シリコン酸化物などを形成するため、マンガン、シリコンなどの成分制御が難しくなる。しかし、アルミニウムの量が０．０３％以上であれば必要以上に添加され、鋼中に存在する窒素と反応して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）析出物を形成するため、窒素による焼付硬化能を得ることができない。したがって、アルミニウムの上限添加量を０．０３％に制限する。

その他にも、硫黄（Ｓ）は一般的に鋼の製造時に不可避に含まれる元素であるため、その添加範囲を０．０２％以下に制限する。

下記の表１はそれぞれの成分要素が異なる本発明の実施例と比較例を示したものである。

前記表１における比較例と本発明の実施例は、溶解した鋼の鋼塊を１２５０℃の加熱炉で２時間維持した後に熱間圧延を施したものであり、熱間圧延の仕上げ温度は９００℃であり、熱延巻取り温度は５６０℃であり、冷間圧下率は７０％にして冷間圧延を実施する。
冷間圧延した試片の焼鈍温度は８００℃にし、冷却速度は−３℃／ｓｅｃに冷却して連続焼鈍し、連続焼鈍が完了した試片は万能引張試験機を利用して引張試験を行った。
下記の表２は表１の実施例と比較例の熱処理条件または製造条件に応じた機械的性質の変化を示したものである。

前記表２に示すように、試料番号１〜４番は本発明の実施例に該当し、引張強度は２７０〜３６０ＭＰａであり、延伸率は３８〜４７％であり、焼付硬化鋼３３〜４０ＭＰａであり、時効指数は３０以下であって、高強度鋼でありつつ、優れた延性を維持すると共に、高い焼付硬化能を有しつつも、常温耐時効性に優れた特性を示す。

一方、５、６、８番の比較例は、Ａｌの添加量が高いため、巻取り工程において低い巻取り温度で実施したにもかかわらず、アルミニウムが窒素を固着して十分な焼付硬化能を確保することができない。

また、７番の比較例は、ニオビウムが添加されず、鋼中に固溶状態で存在する炭素の量が多いため、焼付硬化能は高いものの、常温耐時効性が低くなる。

図１は、前記比較例と実施例のうちの各々一つの例（番号１の実施例、番号５の比較例）において、熱延巻取り温度に応じた焼付硬化値の変化を示すグラフであり、図２は、焼鈍温度に応じた焼付硬化値の変化を示すグラフである。

図１のように、１番の実施例の巻取り温度が低くなることによって焼付硬化能が増加し、特に、６００℃以下で焼付硬化能が急激に増加することが分かる。

これは、熱延巻取り温度が低くなる場合、ＡｌＮの析出が遅れるので固溶状態の窒素が多く存在し得るためである。

これにより、熱延巻取り工程において十分な固溶窒素を確保した実施例１、２、３、４においては、図２のように、低い焼鈍温度においても十分な焼付硬化能を確保できるので低温焼鈍が可能となる。焼鈍温度が低いほど、エネルギが節減され、合金化溶融メッキ特性が向上される。

Claims

重量％で、炭素（Ｃ）０．００５％以下、窒素（Ｎ）０．００２〜０．００５％、マンガン（Ｍｎ）０．１〜１．０％、リン（Ｐ）０．００５〜０．１％、ニオビウム（Ｎｂ）０．０１５〜０．０４％、珪素（Ｓｉ）０．３％以下、硫黄（Ｓ）０．０２％以下、アルミニウム（Ａｌ）０．００１〜０．０３％を添加し、
Ｎｂ／Ｃ原子比を１以上、Ａｌ／Ｎ原子比を０．５〜１．５に調節し、残りの残部が鉄（Ｆｅ）と鋼の製造時に不可避に含まれる元素を含む鋼を１１５０〜１３００℃で均質化処理した後、仕上げ熱間圧延温度をＡｒ_３変態点直上である８９０〜９５０℃にし、
前記熱間圧延された熱延鋼板を熱延巻取りし、前記熱延鋼板を冷間圧下率を４０〜８０％にして冷間圧延することを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
前記冷間圧延後、７５０〜８８０℃の温度範囲で焼鈍処理することを特徴とする、請求項１に記載の冷延鋼板の製造方法。
前記熱延巻取りは４５０〜６５０℃の温度範囲で実施することを特徴とする、請求項１または２に記載の冷延鋼板の製造方法。
重量％で、炭素（Ｃ）０．００５％以下、窒素（Ｎ）０．００２〜０．００５％、マンガン（Ｍｎ）０．１〜１．０％、リン（Ｐ）０．００５〜０．１％、ニオビウム（Ｎｂ）０．０１５〜０．０４％、珪素（Ｓｉ）０．３％以下、硫黄（Ｓ）０．０２％以下、アルミニウム（Ａｌ）０．００１〜０．０３％を添加し、
Ｎｂ／Ｃ原子比を１以上、Ａｌ／Ｎ原子比を０．５〜１．５に調節し、残りの残部が鉄（Ｆｅ）と鋼の製造時に不可避に含まれる元素を含む鋼からなることを特徴とする冷延鋼板。