KR100627474B1

KR100627474B1 - 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판 및 그제조방법

Info

Publication number: KR100627474B1
Application number: KR1020040111413A
Authority: KR
Inventors: 한상호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-09-25
Also published as: KR20060072701A

Abstract

본 발명은 자동차용 시트레일(seat rail)용 구조부재로 주로 사용되는 강판에 관한 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.08~0.12%, Mn: 1.8~2.2%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, N: 0.005% 이하, Si: 0.1% 이하, 산가용Al: 0.1~0.15%, Nb: 0.06~0.09%, B: 0.0005~0.001%, Mo: 0.05×Mn[%], 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 재결정비가 65~75%인 것을 특징으로 하는 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명은 항복강도 750MPa 이상, 그리고 항복비 75% 이상의 석출강화형 냉연강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

석출강화, 냉연강판, 항복강도, 항복비, 회복 재결정소둔, 통판속도

Description

항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판 및 그 제조방법{The precipitation hardening cold rolled steel sheet having excellent yield strength and yield ratio, and the method for manufacturing the same}

본 발명은 자동차용 시트레일(seat rail)용 구조부재로 주로 사용되는 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 750MPa급 이상의 항복강도와 75% 이상의 항복비를 확보할 수 있는 석출강화형 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 자동차의 충격 안전성 규제가 확산되면서 차체의 내충격성 향상을 위하여 멤버(Member), 시트레일(Seat rail) 및 필라(Pillar) 등의 구조부재에는 석출경화형 고강도 강판이 널리 이용되고 있다. 석출경화형 고강도 강판은 자동차의 충돌에너지를 흡수하기 위하여 설계되었기 때문에, 인장강도 대비 항복강도가 높은, 즉 항복비(TS/TS)가 높은 것을 특징으로 하고 있다.

통상 강을 강화하는 방법은 고용강화, 석출강화, 결정립 미세화에 의한 강화 및 변태강화 방법으로 요약할 수 있다. 하지만 고용강화 및 결정립 미세화에 의한 강화 방법은 인장강도 기준 490MPa급 이상의 고강도강을 제조하기가 매우 어렵고, 변태강화 방법은 강도확보 및 변태조직 형성을 위해 다량의 합금 성분이 필요할 뿐만 아니라 그 하부 조직이 베이나이트 혹은 마르텐사이트로 이루어져 있기 때문에 인장강도 대비 항복강도가 낮아지는, 즉 항복비가 낮아 자동차 충돌시 내충격성이 요구되는 부품에는 적절하지 못하다는 결점을 안고 있다.

반면, 석출강화형 고강도 강은 주로 Cu, Nb, Ti, V 등과 같은 탄, 질화물 형성원소의 첨가에 의한 석출강화 효과 및 결정립 미세화 효과에 의해 강도를 향상 시키는 강으로 낮은 제조 원가로도 고강도화를 쉽게 이룰 수 있다는 장점을 가지고 있다. 석출강화 방법은 우선 강을 고온에서 용체화처리를 행한 다음, 냉각 중에 미세한 석출물들을 다수 형성시켜 석출물 주변의 응력장에 의해 강화되는 현상이다. 통상 이러한 미세 석출물들은 열간압연 후 권취 중에 다량 형성되므로 냉간압연 후 소둔시 미세 석출물들에 의해 재결정온도가 매우 급격히 상승하여 고온 소둔을 실시하여야 하는 부담을 갖고 있다. 또한, 미세 석출물에 의한 강화 효과와 더불어 Mn, P 등을 첨가하여 고용강화 효과를 얻고자 다량의 합금원소를 첨가하여야 하는데, 강중 인(P)은 자동차사 금형 가공시 2차가공취성을 야기시켜 최근 자동차사에서 그 함량을 엄격히 제한시키기 때문에 강도 기여에 크게 기여하지 못하는 실정이다. 한편 강중 망간(Mn)은 다량 첨가시 소둔시 재결정 온도를 상승시켜 고온 소둔이 절대적으로 필요하나 표면에 고온 소둔에 따른 Mn계 산화물이 용출되어 표면 결함을 야기시키는 주요인으로 작용된다.

석출강화형 고강도 강에 대한 대표적인 종래기술로는 일본 공개특허공보 소 56-84422호, 평4-221015호, 평3-140412호 및 평11-241119호가 있다.

상기 종래기술들중 일본 공개특허공보 소56-84422호는 0.15%이하의 C를 함유하는 저탄소강을 기본 성분계로 하여 Ti, Nb, V 등을 1종 혹은 2종 이상 함유하고, 최종 열간압연 마무리 온도를 750~950℃로 하고, 권취온도를 450℃ 이하로 관리하여 석출강화형 고강도강을 제조하고 있다. 그러나, 상기 종래기술은 권취온도가 너무 낮음으로 인해 극미세 석출물을 형성하여 강도 기여 효과는 매우 높음에도 불구하고 750MPa 이상의 항복강도를 확보하지 못했을 뿐만 아니라, 석출물 주변의 잔류응력의 증가로 냉간압연시 과부하 현상이 종종 발생되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 상기 종래기술들중 일본 공개특허공보 평4-221015호는 Nb 혹은 V의 석출물 형성원소를 이용하고 열간압연 후 가속 냉각에 의해 강도상승 효과가 우수한 석출강화강의 제조방법을 제시하고 있다. 그러나, 이 경우도 권취온도가 400℃ 이하로 설정되어 있어서 앞서 언급한 문제가 발생될 뿐만 아니라 균일한 페라이트 조직의 형성 대신 베이나이트 혹은 마르텐사이트 조직이 형성되어 항복비(항복강도/인장강도)가 저하되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 상기 종래기술들중 일본 공개특허공보 평3-140412호와 평11-241119호는 Cu석출물을 이용한 석출강화형 고강도강 제조방법을 제시하고 있다. 그러나, 상기 종래기술은 Cu계 석출물에 의한 도금 강판의 합금화 불량을 야기할 뿐만 아니라 용접성도 열악하여 현장 적용에 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적정 수준의 Nb, Mo, B을 첨가하고, 권취온도 및 소둔시 회복 재결정 온도를 적절히 제어함에 의하여 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C: 0.08~0.12%, Mn: 1.8~2.2%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, N: 0.005% 이하, Si: 0.1% 이하, 산가용Al: 0.1~0.15%, Nb: 0.06~0.09%, B: 0.0005~0.001%, Mo: 0.05×Mn[%], 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며,
재결정비가 65~75%인 것을 특징으로 하는 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 중량%로, C: 0.08~0.12%, Mn: 1.8~2.2%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, N: 0.005% 이하, Si: 0.1% 이하, 산가용Al: 0.1~0.15%, Nb: 0.06~0.09%, B: 0.0005~0.001%, Mo: 0.05×Mn[%], 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 Ar₃변태점 이상에서 열간압연을 종료한 다음 550~600℃에서 권취하고, 50% 이상의 압하율로 냉간압연하며, 이어 연속소둔로에서 통판속도 150~200mpm 및 소둔온도 770~810℃로 회복 재결정소둔하는 것을 포함하여 이루어지며,
재결정비가 65~75%인 것을 특징으로 하는 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 적정 수준의 Nb, Mo, B을 첨가하고, 권취온도 및 소둔시 회복 재결정 온도를 적절히 제어함에 의하여 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 특징이 있으며, 먼저 본 발명의 성분제한 이유부터 살펴본다.

C: 0.08~0.12중량%(이하, 단지 '%'로 기재함)

상기 C는 본 발명에서 석출물 형성 원소로 중요한 역할을 하며, 그 함량이 0.08% 미만인 경우 충분한 석출 효과를 얻을 수 없어 목적하는 항복강도를 확보하기가 곤란할 뿐만 아니라 NbC 탄화물이 조대해지는 경향이 높아져 항복비가 낮아지는 문제점이 있으며, 0.12%를 초과하게 되면 제강연주 공정에서 주편에 크랙이 발생될 가능성이 높아질 뿐만 아니라 열간압연 후 코일 권취시에 베이나이트 조직이 형성되어 열연판의 강도를 현저히 상승시킴으로써 냉간압연시 부하를 가져오는 문제점이 있다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.08~0.12%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 1.8~2.2%

상기 Mn은 고용강화 원소로 강도 상승에 기여할 뿐만 아니라 강중 S를 MnS로 석출시켜 열간압연시 S에 의한 판파단 발생 및 고온취화를 억제시키는데 중요한 역할을 한다. 상기 Mn의 함량이 1.8% 미만의 경우 회복 소둔을 행할 지라도 목적하는 항복강도 750MPa급을 확보하기 곤란하고, 2.2%를 초과하게 되면 목적하는 강도 확보에는 유리하나 소둔 중에 Mn계 개재물이 강판 표면에 용출되어 강의 표면 특성을 현저히 저하시킬 뿐만 아니라 C당량 용접지수 (C + Mn/6)가 증가하여 용접성에 문제가 발생되므로, 그 함량을 1.8~2.2%로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.02% 이하

상기 P는 성형성을 크게 해치지 않으면서 강도 확보에 가장 유리한 원소이지만, 그 함량이 0.02%를 초과하면 취성파괴 발생 가능성을 현저히 높여 열간압연 도중 슬라브에 판파단을 발생시킬 가능성이 증가될 뿐만 아니라, 강판 표면 특성도 저해하는 문제점이 있으므로 그 함량을 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S: 0.005% 이하, N: 0.005% 이하

상기 S 및 N은 강중 불순물 원소로써 불가피하게 첨가되는 원소들이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 또한, 우수한 용접 특성을 확보하기 위하여 그 함량을 가능한 한 낮게 관리함이 바람직하나 그 함량을 낮추기 위해서는 강의 정련 비용이 높아지는 문제점이 있다. 따라서, 조업조건이 가능한 범위인 S: 0.005% 이하, N: 0.005% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.1% 이하

상기 Si의 함량이 0.1%를 초과하면 강판의 표면특성에 매우 불리하므로, 그 함량을 0.1% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

산가용Al: 0.1~0.15%

상기 산가용Al은 강의 입도 미세화와 탈산을 위해서 첨가되는 원소이다. 그 함량이 0.1% 미만의 경우 미세한 AlN석출물이 형성되지 않아 강도 상승 기여 효과가 부족하며, 0.15%를 초과하게 되면 결정립 미세화 효과로 강도 상승에는 매우 유리하지만 제강연주 조업시 개재물이 과다하게 형성되어 강판 표면에 불량이 발생될 가능성이 높아질 뿐만 아니라 제조원가를 상승시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.1~0.15%로 제한하는 것이 바람직하다.

Nb: 0.06~0.09%

상기 Nb는 본 발명에서 B과 결합하여 회복 재결정 소둔을 행하는데 중요한 성분이다. 본 발명에서 첨가된 Nb는 열간압연중 고용 C와 작용하여 매우 미세한 NbC 석출물을 결정입내에 다량 형성시키게 되는데, 이때 B과의 상호작용(Interaction)을 함으로써 에시큘라 페라이트(Aciqular Ferrite) 결정조직을 형성하게 된다. 이러한 에시큘라 페라이트 조직은 소둔중에 재결정 온도를 증가시키는 주요인으로 작용한다. 상기 Nb의 함량이 0.06% 미만의 경우에는 강도 확보를 위한 미세 석출물들이 충분히 석출되지 못하여 목적하는 강도를 확보할 수 없을 뿐만 아니라 소둔시 저온 소둔을 행하여야 하는 부담을 안게 되며, 0.09%를 초과하게 되면 강판 표면 특성 확보에 불리하고 냉간압연시 다량의 미세 석출물들에 의해 압연 부 하가 증가되므로, 그 함량을 0.06~0.09%로 제한하는 것이 바람직하다.

B: 0.0005~0.001%

상기 B은 결정립을 미세화하여 용접인성을 향상시키는 원소이다. 상기 B의 함량이 0.0005% 미만이면 결정립 미세화 효과가 적어 용접인성 향상에 영향을 미치지 못하고, 0.001%를 초과하면 제강 성분제어시 원가상승의 부담이 있을 뿐만 아니라 연신율의 저하를 수반하므로, 그 함량을 0.0005~0.001%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.05×Mn[%]

상기 Mo는 일부 고용강화 효과를 위하여 첨가하게 되는데, 그 함량은 0.05×Mn[%]가 만족되도록 제한하는 것이 바람직하다. Mo함량이 0.05×Mn[%] 미만의 경우 재결정 온도를 충분히 올리지 못하여 목적하는 강도를 확보하기 위해서는 저온 소둔을 행하여 하기 때문에 소둔시 연결 코일과의 부정합성으로 인해 작업성을 현저히 저하시키며, 0.05×Mn[%]를 초과하는 경우 재결정 온도는 상승시키는 효과는 있으나 제조원가가 상승되는 부담이 있고 연신율의 감소를 동시에 수반하게 된다.

본 발명은 상기한 성분 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 통상의 열간 압연 조건인 Ar₃ 이상의 온도에서 열간압연을 종료하고 550~600℃에서 권취한다. 상기 권취온도가 550℃ 미만인 경우 강중 미세한 NbC석출물 형성에는 보다 유리하지만 판 형상의 뒤틀림 현상이 자주 발생하여 설비 트러블을 야기시킬 가능성이 매우 높고, 600℃를 초과하게 되면 열연 코일의 좌굴 결함이 발생되므로, 상기 권취온도는 550~600℃로 제한하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 권취된 열연판을 50% 이상의 압하율로 냉간압연한다. 본 발명의 기초 실험에 의하면 냉간압하율이 증가함에 따라 미세 석출물 형성이 보다 용이하여 강도 상승에는 유리하게 작용한다. 그러나, 상기 냉간압하율이 50% 미만이면 회복 재결정시 결정립 핵생성 사이트가 적어 재결정온도를 상승시키므로, 상기 냉간압하율은 50% 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

이어 상기 냉연판을 연속소둔로에서 통판속도(Line speed) 150~200mpm, 소둔온도 770~810℃으로 회복 재결정소둔한다. 상기 통판속도가 150mpm 미만이면 저온 소둔을 행하여도 소둔 조직이 완전하게 재결정되려는 경향이 매우 높아 목적하는 750MPa급 항복강도가 확보되지 못하는 경향이 높으며, 200mpm을 초과하게 되면 부분 재결정, 즉 회복 소둔에 의한 강도 확보에는 보다 유리하지만 설비 능력에 부하를 주게 된다. 또한, 상기 소둔온도가 770℃ 미만의 경우 강도는 확보되나 연신율이 급격히 저하되고 810℃를 초과하게 되면 완전 재결정으로 인해 목적하는 항복강 도를 확보할 수 없게 된다.

본 발명에서 재결정비(소둔시 조직이 완전하게 재결정되는 비율)를 65~75%로 제한하면 750MPa급 이상의 항복강도와 동시에 우수한 연신율을 확보하는 것이 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같이 조성되는 발명강(A, B) 및 비교강(A, B)을 이용하여 하기 표 2의 조건으로 시편을 제조하였다. 이후, 상기 제조된 시편의 강판 재질 특성을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 3과 같다. 이때 인장시험은 DIN규격을 이용하여 C방향으로 실험을 행하였다.

강종	성분함량(중량%)
강종	C	Mn	P	S	N	Si	산가용Al	Nb	B	Mo
발명강A	0.11	1.85	0.015	0.0045	0.0028	0.08	0.12	0.07	0.0006	0.1
발명강B	0.09	1.92	0.018	0.0044	0.0027	0.09	0.10	0.085	0.0007	0.11
비교강A	0.09	2.06	0.015	0.0048	0.004	0.08	0.06	0.042	-	-
비교강B	0.10	1.3	0.016	0.0046	0.0028	0.09	0.04	0.13	-	0.019

구분	강종	열연		냉연	재결정소둔		재질특성
구분	강종	마무리 열간압연(℃)	권취 온도 (℃)	냉간 압하율 (%)	통판 속도 (mpm)	소둔 온도 (℃)	항복 강도 (MPa)	연신율 (%)	항복비 (%)	재결정비(%)
발명재1	발명강A	912	570	52	160	780	762	14	77	68
발명재2		917	580	55	165	785	774	13	76	72
비교재1		921	640	53	220	772	685	17	73	73
발명재3		912	590	57	164	795	782	13	77	68
발명재4		917	583	53	155	782	776	14	78	67
비교재2	발명강B	922	612	51	152	824	676	16	75	85
비교재3		907	590	45	163	752	805	8	86	56
발명재5		906	575	54	155	779	779	13	78	68
발명재6		899	560	52	182	784	783	12	76	67
비교재4	비교강A	715	570	55	168	756	689	16	68	73
비교재5	비교강A	721	582	53	165	779	695	17	72	72
비교재6	비교강B	723	540	43	155	838	565	21	75	98
비교재7		718	580	50	182	778	596	19	74	69
비교재8		709	620	53	223	785	635	18	76	68

상기 표 2에서, 본 발명의 성분범위를 만족하는 발명강(A, B)를 이용하여 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 발명재(1~6)의 경우, 항복강도 750MPa 이상, 그리고 항복비 75% 이상의 확보가 가능하였다. 또한, 재결정비가 65~75%인 발명재의 경우, 10% 이상의 연신율의 확보가 가능함을 알 수 있었다.

그러나, 본 발명의 성분범위를 만족하지 않는 비교강(A, B)를 이용하거나, 본 발명의 성분범위를 만족하는 발명강(A, B)를 이용하더라도 본 발명의 제조방법에 따라 제조되지 않은 비교재(1~8)의 경우, 750MPa 이상의 항복강도를 확보할 수 없거나 75% 이상의 항복비를 확보할 수가 없었다. 또한, 비교재3의 경우 재결정비가 본 발명이 제한하는 범위보다 작아 연신율이 급격하게 감소됨을 확인할 수 있었 다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 항복강도 750MPa 이상, 그리고 항복비 75% 이상의 석출강화형 냉연강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중량%로, C: 0.08~0.12%, Mn: 1.8~2.2%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, N: 0.005% 이하, Si: 0.1% 이하, 산가용Al: 0.1~0.15%, Nb: 0.06~0.09%, B: 0.0005~0.001%, Mo: 0.05×Mn[%], 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며,

재결정비가 65~75%인 것을 특징으로 하는 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판.
삭제
중량%로, C: 0.08~0.12%, Mn: 1.8~2.2%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하, N: 0.005% 이하, Si: 0.1% 이하, 산가용Al: 0.1~0.15%, Nb: 0.06~0.09%, B: 0.0005~0.001%, Mo: 0.05×Mn[%], 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 Ar₃변태점 이상에서 열간압연을 종료한 다음 550~600℃에서 권취하고, 50% 이상의 압하율로 냉간압연하며, 이어 연속소둔로에서 통판속도 150~200mpm 및 소둔온도 770~810℃로 회복 재결정소둔하는 것을 포함하여 이루어지며,

재결정비가 65~75%인 것을 특징으로 하는 항복강도 및 항복비가 우수한 석출강화형 냉연강판의 제조방법.
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