KR100742950B1 - 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판과 그 제조방법 - Google Patents

항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

Ti와 Nb의 복합계 IF강에서 미세한 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물에 의해 항복강도와 면내이방성이 개선되는 냉연강판과 그 제조방법이 제공된다.
이 냉연강판은, 중량%로, C: 0.001-0.01%, Cu:0.01-0.2%, Mn:0.01-0.3%, S:0.005-0.08%, Al:0.1%이하, N:0.004-0.02%, P:0.2%이하, B:0.0001-0.002%, Ti:0.005~0.15%, Nb:0.002-0.04%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고,
상기 Cu, Mn, S, Al, N, C, Ti, Nb가
Cu+Mn:0.05-0.4%, (Mn/55+Cu/63.5)/( S*/32):1-30, (Al/27)/( N*/14):1-10,
Cs(solute carbon):5-30를 만족하고
[여기서, S*=S-0.8x(Ti-0.8x(48/14)xN)x(32/48),
N* =N-0.8x(Ti-0.8x(48/32)xS))x(14/48) , Cs=(C-Nbx12/93-Ti*x12/48)x10000,
Ti*=Ti-0.8x((48/14)xN+(48/32)xS) 단, Ti*<0일 경우 Ti*=0으로 함]
(Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물의 평균크기가 0.2㎛이하로 이루어진다.
본 발명에서는 IF강에서 내식성을 위해 Cu를 첨가하는 기술 또는 Cu를 ε-Cu의 석출상으로 이용하는 기술과는 달리, Cu를 미세한 CuS석출물로 이용하면서 MnS석출물과 AlN석출물을 함께 이용하는 것이다.
소부경화형, 자동차소재, (Mn,Cu)S석출물, AlN석출물, 면내이방성, 항복강도

Description

항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판과 그 제조방법{BAKING HARDENING TYPE COLD ROLLED STEEL SHEET HAVING INCREASED YIELD STRENGTH AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
일본 공개특허공보 1994-240365호
일본 공개특허공보 1995-216460호
본 발명은 자동차, 가전제품 등의 소재로 사용되는 소부경화형 냉연강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ti와 Nb의 복합계 IF강에서 미세한 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물에 의해 항복강도와 면내이방성이 개선되는 냉연강판과 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 등의 외판소재에는 내덴트성을 높이기 위해 소부경화형 냉연강판이 사용되고 있다. 소부경화형 냉연강판은 강판중에 적정량의 고용탄소를 잔존시키고, 프레스 성형시에 생성된 전위를 도장소부시의 열을 이용하여 고용탄소로 고착하여 항복점을 높인 강이다.
소부경화형 냉연강판에는 상소둔재인 Al-Killed강과 IF강(Interstitial Free Steel)이 있다.
상소둔재인 Al-Killed 강의 경우에는 적은 양의 고용탄소가 잔존하고 있어 내시효특성을 확보하면서 소부처리 후 10-20MPa 정도의 소부경화능을 가진다. 상소둔재의 경우에는 소부처리 후 상승하는 항복강도가 낮고, 장시간 소둔하므로 생산성이 낮은 단점이 있다.
IF강은 Ti, Nb을 첨가하여 강중에 고용된 탄소 또는 질소를 완전히 석출하여 성형성을 향상시킨 강종으로서, 이 IF강에 소부경화특성을 부여한 것이 소부경화형 IF강이다. 소부경화형 IF강은 Ti 또는 Nb의 첨가량과 탄소의 첨가량을 제어하여 적당한 양의 탄소를 강중에 잔존하게 하여 소부경화특성을 부여한 것이다. 이와 관련된 기술로는 일본 공개특허공보 1994-240365호와 1995-216460호가 있다.
일본 공개특허공보 1994-240365호는 소부경화형 IF강에서 내식성을 확보하기 위하여 Cu와 P를 복합 첨가하고 있다.
일본 공개특허공보 1995-216340호는 내식성을 확보하기 위해 Cu와 P를 복합첨가한 소부경화형 IF강에서 고용C를 TiC로 고정할 수 없는 정도의 미량 Ti를 첨가하고 필요에 따라 Nb를 첨가하면서 열연조건을 제어하면 우수한 심교성이 얻어진다고 제안하고 있다.
상기한 선행기술들은 소부경화형 IF강에서 내식성을 확보하기 위해 Cu를 0.05-1.0%의 범위로 하나 실제 Cu를 0.2%이상으로 과량 첨가하는 강이다. 이들은 면내이방성에 대한 검토가 없다. 면내이방성이 낮으면 가공시 주름 발생이 적어지고 가공후에는 귀(ear) 발생이 적은 장점이 있다. 또한, 상기 선행기술들에서는 항복비(항복강도/인장강도)가 그리 높지 않다. 동일강도 대비 항복강도가 더 높으면 강판의 두께를 줄일 수 있어 경량화 효과가 있다. 선행기술들에서 항복비가 그나마 높은 강종은 P의 함량과 Cu의 함량이 높게 설계된 성분계이다. P의 함량이 높으면 도금성이 좋지 않고, Cu의 함량이 높으면 제조원가가 높아진다.
본 발명은 소부경화형 IF강에서 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물에 의해 항복강도를 증진하면서 면내이방성을 낮출 수 있는 냉연강판과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉연강판은,
중량%로, C: 0.001-0.01%, Cu:0.01-0.2%, Mn:0.01-0.3%, S:0.005-0.08%, Al:0.1%이하, N:0.004-0.02%, P:0.2%이하, B:0.0001-0.002%, Ti:0.005~0.15%, Nb:0.002-0.04%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고,
상기 Cu, Mn, S, Al, N, C, Ti, Nb가
Cu+Mn:0.05-0.4%, (Mn/55+Cu/63.5)/( S*/32):1-30, (Al/27)/( N*/14):1-10,
Cs(solute carbon):5-30를 만족하고
[여기서, S*=S-0.8x(Ti-0.8x(48/14)xN)x(32/48),
N* =N-0.8x(Ti-0.8x(48/32)xS))x(14/48) , Cs=(C-Nbx12/93-Ti*x12/48)x10000,
Ti*=Ti-0.8x((48/14)xN+(48/32)xS) 단, Ti*<0일 경우 Ti*=0으로 함]
(Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물의 평균크기가 0.2㎛이하로 이루어진다.
본 발명에서 Al:0.1%이하의 조건에서, N:0.004%초과-0.02%이하, 바람직하게는 N:0.0041-0.02%, 보다 바람직하게는 N:0.005-0.02%의 조건에서 Al과 N이 (Al/27)/( N*/14):1-10의 조건을 만족하도록 하여 평균 크기 0.2㎛이하의 AlN의 석출물이 분포하도록 한다.
본 발명에서 석출물은 1X106개/mm2 이상, 보다 바람직하게는 1X107개/mm2 이상이 바람직하다.
본 발명의 냉연강판은 성분설계에 따라 280MPa급의 연질냉연강판과 340MPa이상의 고강도 냉연강판의 특성을 갖는다.
상기한 성분계에서 P의 함량은 0.015%이하로 하면 280MPa급의 연질냉연강판이 얻어 진다. 이 냉연강판에다 고용강화원소인 Si, Cr의 1종 또는 2종이 추가로 함유되거나 P의 함량이 0.015~0.2%로 하면 340MPa이상의 고강도 특성이 확보된다. P가 단독으로 함유되는 고강도 강의 경우에는 P의 함량은 0.03~0.2%가 바람직하다. Si의 경우에는 0.1-0.8%, Cr의 경우에는 0.2-1.2%가 바람직하다. Si과 Cr의 1종이상 함유되는 경우에 P의 함량은 0.2%이하의 범위에서 다양하게 설계될 수 있다.
본 발명의 냉연강판에서 가공성을 보다 개선하고자 한다면 Mo을 0.01~0.2%추가로 포함할 수 있다.
상기한 냉연강판의 제조방법은, 본 발명의 성분계를 만족하는 슬라브를 1100℃이상의 온도로 재가열한 후 마무리 압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하여 열간압연하고 300℃/min이상의 속도로 냉각하고 700℃이하의 온도에서 권취한 다음, 냉간 압연하고, 연속소둔하는 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 (Mn,Cu)S석출물은 MnS석출물, CuS석출물 또는 Mn과 Cu의 복합 석출물을 포함하는 표현이다.
본 발명은 소부경화형 IF강에 미세한 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물이 확보되면 결정 립이 미세하게 되어 항복강도가 증진되고 면내이방성지수가 낮아져 가공성이 개선된다는 연구결과에 기초하여 완성된 것이다.
IF강에서 Cu는 내식성 향상원소로 주로 이용되고 있으며, 실제 그 첨가량은 0.2%이상이다. 또는, Cu를 ε-Cu의 석출상으로 이용하는 기술은 알려져 있다.
그러나, IF강에서 미세한 CuS석출물과 함께 MnS석출물을 확보하여 결정립 미세화를 도모하는 기술은 알려져 있지 않다. 또한, N은 불순물로서 Ti나 Al에 의해 TiN, AlN으로 고정하는 관점에서 관리하고 있다. 이는 N을 최대한 낮추려고 노력하거나 또는 N을 석출하여 고정하나 이는 조대한 석출물로 분포하게 되는 것이다. 이러한 기술들은 미세한 AlN석출물이 다량 분포할 때 강에 긍정적인 영향에 대한 인식이 부족한 것이다.
Ti와 Nb의 복합계 IF강에서 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물을 확보하기 위해서는 (Mn,Cu)S로 석출되는 S와 AlN으로 석출되는 N를 확보하여야 한다. IF강에서 Ti는 C, N, S와 반응하여 TiC, TiN, Ti(C,N), Ti4C2S2 등으로 석출되므로, S가 (Mn,Cu)S로, N은 AlN으로 석출될 수 있도록 제반성분의 관리가 요구된다.
(Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물은 결정립을 미세하게 한다. 결정립이 미세하게 되면, Ti에 의해 석출하지 않은 고용탄소는 결정립내 보다 결정립계에 더 많이 존재하게 된다. 이에 따라, 상온 비시효특성이 확보되면서 소부경화특성을 개선하게 되는 것이다. 결정립내에 잔존하는 고용탄소는 이동이 비교적 자유롭기 때문에 가동전위와 결합하여 상온시효특성에 영향을 미치게 된다. 이에 반해, 결정립계나 석출물의 주변과 같이 보다 안정된 위치에 편석하는 고용탄소는 도장소부처리와 같은 고온에서 활성화되어 소부경화특성에 영향을 주게 된다. 이와 같이, 결정립내의 고용탄소량이 줄어든다는 것은 보다 안정된 위치 즉, 결정립계나 미세한 석출물들의 주변에서 탄소가 존재하여 소부경화특성에 영향을 미친다는 것이다.
본 발명에 따라 미세하게 분포하는 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물들은 석출강화에 의한 항복강도의 상승과 강도-연성 밸런스 특성의 개선 그리고, 면내이방성 지수에도 긍정적인 영향을 미친다. 이를 위해서는 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물이 미세하게 분포하여야 하면, 이는 Cu, Mn, Ti, C, N, S, Al 의 함량 및 이들의 성분비 조건 그리고, 제조조건 특히, 열간압연이 끝난 후 냉각속도가 영향을 미친다.
먼저, 기본성분이 되는 C, Cu, Mn, S, Al, P, N, B, Ti에 대해 설명한다.
탄소(C)의 함량은 0.001-0.01%가 바람직하다.
탄소(C)의 함량이 0.001%미만일 경우 소부경화량이 적고, 0.01%초과의 경우에는 성형성이 저하된다. 탄소의 함량이 높아질수록 소부경화량은 커진다. 이를 고려할 때 보다 바람직하게는 탄소(C)함량은 0.003-0.01%, 또는 0.005-0.01%로 하는 것이다.
구리(Cu)의 함량은 0.01~0.2%가 바람직하다.
Cu는 미세한 CuS석출물을 형성하여 결정립을 미세하게 하여 면내이방성 지수를 낮추고 석출강화에 의해 항복강도를 증진시킨다. 이를 위해서는 Cu의 함량이 0.01%이상 되어야 미세하게 석출할 수 있고 0.2%초과하면 조대하게 석출한다. 바람직한 Cu의 함량은 0.03-0.2%로 하는 것이다.
망간(Mn)의 함량은 0.01-0.3%가 바람직하다.
망간은 강중 고용상태의 황을 MnS로 석출하여 고용 황에 의한 적열취성(Hot shortness)을 방지하거나 고용강화원소로 알려져 있다. 이러한 기술적 관점에서는 망간의 함량을 높게 첨가하는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에서는 망간의 함량을 낮추면서 황의 함량을 적절해지는 경우에 MnS가 매우 미세하게 석출되어 결정립 미세화에 의해 소성이방성, 면내이방성의 특성을 개선하고 석출강화에 의해 항복강도의 특성을 개선한다는 연구결과에 기초하여 망간의 함량을 0.3%이하로 한다. 이러한 특성을 확보하기 위해서는 망간의 함량이 0.01%이상이 되어야 하는데, 그 함량이 0.01%미만의 경우에는 고용 상태로 잔존하는 황의 함량이 많기 때문에 적열취성이 발생할 수 있으며, 망간의 함량이 0.3% 초과의 경우에는 망간의 함량이 높아 조대한 MnS석출물이 생성되어 강도확보가 곤란해 진다.
황(S)의 함량은 0.005-0.08%가 바람직하다.
황(S)은 Cu와 반응하여 미세한 (Mn,Cu)S의 석출물을 형성한다. 이러한 S의 함량이 0.005%미만의 경우에는 상기한 석출물의 석출량이 적을 뿐만 아니라 석출되는 석출물의 숫자가 매우 적다. 황의 함량이 0.08% 초과의 경우에는 고용된 황의 함량이 많아 연성 및 성형성이 크게 낮아지며, 적열취성의 우려가 있기 때문이다.
알루미늄(Al)의 함량은 0.1%이하가 바람직하다.
Al은 N과 미세한 AlN석출물을 형성하여 결정립미세화와 더불어 석출강화에 의해 항복강도를 증진시킨다. 이를 위해 0.1%까지 첨가한다. Al의 함량이 0.1%초과되는 경우에는 고용상태의 Al의 함량이 많아 연성이 저하될 우려가 있다.
질소(N)의 함량은 0.004%초과-0.02%이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.005-0.02%로 하는 것이다.
N함량이 0.004%미만의 경우에는 석출되는 AlN의 숫자가 적어 결정립미세화 및 석출강화의 효과가 적으며, 0.02%를 초과할 경우는 고용질소에 의한 시효보증이 곤란하므로 0.02%이하로 하는 것이 바람직하다.
인(P)의 함량은 0.2%이하가 바람직하다.
인은 고용강화효과가 높으면서 r값의 저하가 적은 원소로서 본 발명에 따라 석출물을 제어하는 강에서 고강도를 보증한다. 280Mpa급의 강도가 요구되는 강종에서 P의 함량은 0.015%이하로 하는 것이 좋다. 340Mpa급 이상의 고강도 강에서는 0.016~0.2%로 하는 것이 좋다. 이러한 P의 함량이 0.2% 초과의 경우에는 연성이 저 하하여 상한 값을 0.2%로 제한하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 Si, Cr이 첨가되는 경우에는 P의 함량을 0.2%이하의 범위로 하면서 다양한 강도의 설계가 가능하다.
보론(B)의 함량은 0.0001~0.002%가 바람직하다.
보론은 2차가공취성을 방지하기 위해 첨가하는데 이를 위해 보론의 함량이 0.0001%이상인 것이 바람직하다. 보론의 함량이 0.002%를 초과하면 오무림 가공성(deep drawing)이 크게 저하될 수 있다.
티타늄(Ti)의 함량은 0.005~0.15%로 하는 것이다.
티타늄은 비시효성 확보 및 성형성 향상을 목적으로 첨가하는데 티타늄은 강력한 탄화물 생성 원소로 강중에 첨가되어 TiC석출물을 석출시켜 고용 상태의 탄소를 석출하므로써 비시효성을 확보한다. 티타늄의 첨가량이 0.005%미만의 경우 TiC석출물의 석출량이 너무 적어 집합조직의 발달이 적어 오무림 가공성을 개선하는 효과가 거의 없다. Ti가 0.15%초과할 경우 TiC석출물의 크기 너무 커 결정립미세화 효가가 감소되어 면내이방성지수가 높아지며 항복강도도 저하하고 도금특성이 크게 저하한다.
니오븀(Nb)의 함량은 0.002~0.04%가 바람직하다.
Nb은 비시효성 확보 및 성형성 향상을 목적으로 첨가한다. Nb은 강력한 탄화물 생 성 원소로 강중에 첨가되어 NbC석출물을 석출시킨다. 또한 NbC석출물은 소둔중 집합조직을 발달하여 오무림 가공성을 크게 향상하는 효과가 있다. Nb의 첨가량이 0.002%이하의 경우 NbC석출물의 석출량이 너무 적어 집합조직의 발달이 적어 오무림 가공성을 개선하는 효과가 거의 없다. Nb가 0.04%초과할 경우 NbC석출물의 양이 너무 많아 오무림가공성 및 연신율이 낮아져 성형성이 크게 저하할 수 있다.
본 발명에서는 냉연강판에 미세한 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물을 확보하면서 적량의 고용탄소를 확보하기 위한 관점에서 Ti, Nb, S, C, N, Cu, Mn, Al의 성분비를 제어하는데 특징이 있다. IF강에서 Ti은 TiC, TiN, TiS, Ti(C,N), Ti4C2S2등의 석출물을 석출하는 것으로 알려져 있고, 이러한 석출물을 활용하기 위하여 Ti, S, C, N의 성분관계를 제어하고 있다. 그러나 본 발명에서는 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물을 확보하면서 적량의 고용탄소를 확보하기 위하여, Ti, Nb, S, C, N, Cu, Mn, Al의 관계를 관리한다.
[관계식 1]
Mn+Cu:0.05-0.4%
[관계식 2]
(Mn/55+Cu/63.5)/( S*/32):1-30,
여기서, S*=S-0.8x(Ti-0.8x(48/14)xN)x(32/48)임
[관계식 3]
(Al/27)/( N*/14):1-10,
여기서, N* =N-0.8x(Ti-0.8x(48/32)xS))x(14/48)
[관계식 4]
Cs(solute carbon):5-30
여기서, Cs=(C-Nbx12/93-Ti*x12/48)x10000,
Ti*=Ti-0.8x((48/14)xN+(48/32)xS)임
Ti*가 음의 값일 경우는 0으로 한다.
상기 관계식에서 Cu, Mn, S, Ti, Nb, C, N, Al은 중량%이다.
관계식 1과 2는 미세한 (Mn,Cu)S의 석출물을 얻기 위한 것이다.
미세한 (Mn,Cu)S의 석출물을 충분히 얻기 위해서는 Mn과 Cu의 총합이 0.05%이상이어야 하며, 0.4% 초과의 경우에는 (Mn,Cu)S의 석출물이 조대해진다.
관계식 2에서 S*은 총S의 함량에서 Mn과 Cu와 반응하는 S의 함량을 나타내는 것으로, 미세한 (Mn,Cu)S석출물을 확보하도록 하기 위해서 관계식 2의 값이 1-30을 만족하는 것이 바람직하다. 관계식 2의 값이 1이상이 되어야 유효한 (Mn,Cu)S석출물이 석출하게 되며, 30초과의 경우에는 (Mn,Cu)S석출물이 조대하여 가공성과 항복강도의 특성이 좋지 않다.
관계식 3에서 N*은 총N의 함량에서 Ti와 반응하지 않는 N의 함량을 나타내는 것으로, 미세한 AlN석출물을 확보하도록 하기 위해서 관계식 3의 값이 1-10을 만족하는 것이 바람직하다. 관계식 3의 값이 1이상이 되어야 유효한 AlN석출물이 석출하게 되며, 10초과의 경우에는 AlN석출물이 조대하여 가공성과 항복강도의 특성이 좋지 않다. 보다 바람직하게는 관계식 2의 값이 1-7를 만족하는 것이다.
관계식 4에서 Ti*은 총Ti의 함량에서 N, S와 반응하고 남은 Ti의 함량을 나타내는 것으로, Ti*가 음의값일경우는 0으로 하는데 이는 Ti*가 음의 값이 되는 경우는 고용 N과 S를 석출하기에도 Ti가 모자라는 것을 의미하는 것으로 고용 C가 새로 생성되는 것은 아니므로 그 값을 0으로 하는 것이 당연하다. 상기 Cs는 TiC와 NbC로 석출되지 않은 고용탄소의 함량을 나타내는 것이다. 즉, Cs(solute carbon)가 5-30을 만족하여야 한다. 관계식 4에서 계산되는 Cs 즉, 고용탄소의 함량 단위는 ppm이 된다.
Cs값이 5ppm이상 되어야 소부경화량을 확보할 수 있으며, 30ppm을 초과할 경우에는 고용탄소의 함량이 높아서 비시효성을 확보하기 어렵다.
본 발명의 성분계에서 석출물은 미세하게 분포할수록 유리한데, 바람직하게는 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물의 평균크기가 0.2㎛이하이다. 본 발명의 연구결과에 따르면 석출물의 평균크기가 0.2㎛ 초과의 경우에는 특히 강도가 낮아지고, 면내이 방성지수가 좋지 않다.
나아가, 본 발명의 성분계에는 0.2㎛이하의 석출물이 다량 분포하는데, 그 분포수는 특별히 제한하지는 않는다. 석출물의 분포수가 많아질수록 좋은데, 바람직하게는 석출물의 분포수가 mm2당 1X106개 이상, 보다 바람직하게는 1X107개/mm2 이상이다. 석출물의 분포수가 많아지면 소성이방성지수가 더욱 높아지고 면내이방성지수는 낮아져 가공성이 크게 개선된다. 일반적으로 소성이방성지수가 높아지면 면내이방성지수는 올라가서 가공성 측면에서 소성이방성지수를 높이는데 한계가 있다는 점을 감안할 때, 석출물의 분포수에 따라 소성이방성지수와 면내이방성지수의 특이한 변화는 주목할 만 하다.
본 발명에서는 340MPa급 이상의 고강도 강판으로 적용하는 경우에는 상기 P와 같은 고용강화원소 즉, P, Si, Cr의 1종 또는 2종이상을 첨가할 수 있다. P에 대해서는 상술한 바, 중복기재는 생략한다.
실리콘(Si)의 함량은 0.1-0.8%가 바람직하다.
Si은 고용강화효과가 높으면서 연신율의 저하가 낮은 원소로 본 발명에 따라 석출물을 제어하는 강에서 고강도를 보증한다. Si의 함량이 0.1%이상 되어야 강도를 확보할 수 있으며, 0.8%초과의 경우에는 연성이 저하한다.
크롬(Cr)의 함량은 0.2~1.2%가 바람직하다.
Cr은 고용강화효과가 높으면서 2차가공취성온도를 낮추며 Cr탄화물에 의해 시효지수를 낮추는 원소로서, 본 발명에 따라 석출물을 제어하는 강에서 고강도를 보증하며 면내이방성 지수도 낮게 한다. Cr의 함량이 0.2%이상 되어야 강도를 확보할 수 있으며, 1.2% 초과의 경우에는 연성이 저하한다.
본 발명의 냉연강판에서 몰리브덴(Mo)이 추가로 첨가될 수 있다.
몰리브덴(Mo)의 함량은 0.01~0.2%가 바람직하다.
Mo은 소성이방성지수를 높이는 원소로서 첨가되는데, 그 함량이 0.01%이상 되어야 소성이방성지수가 커지며, 0.2%를 초과하면 소성이방성지수는 더 이상 커지지 않고 열간취성을 일으킬 우려가 있다.
[냉연강판의 제조방법]
본 발명은 상기한 강조성을 만족하는 강을 열간압연과 냉간압연을 통해 냉간압연판에 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물의 평균크기가 0.2㎛ 이하를 만족하도록 하는데 특징이 있다. 냉간압연판에서 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물의 평균 크기는 성분설계와 함께 재가열온도, 권취온도 등의 제조공정에 영향을 받으나 특히 열간압연후의 냉각속도에 직접적인 영향을 받는다.
[열간압연조건]
본 발명에서는 상기한 강조성을 만족하는 강을 재가열하여 열간압연한다. 재가열온 도는 1100℃이상이 바람직하다. 재가열온도가 1100℃미만의 경우에는 재가열온도가 낮아 연속주조중에 생성된 조대한 석출물들이 완전히 용해되지 않은 상태로 남아 있어 열간압연후에도 조대한 석출물이 많이 남아있기 때문이다.
열간압연은 마무리압연온도를 Ar3변태온도 이상의 조건에서 행하는 것이 바람직하다. 마무리압연온도가 Ar3변태온도 미만의 경우에는 압연립의 생성으로 가공성이 저하할 뿐만아니라 강도도 낮아지기 때문이다.
열간압연후 권취전 냉각속도는 300℃/min 이상으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 미세한 석출물을 얻기 위하여 그 성분비를 제어하더라도 냉각속도가 300℃/min 미만이면 석출물의 평균크기가 0.2㎛를 초과할 수 있다. 즉, 냉각속도가 빨라질수록 많은 수의 핵이 생성하여 석출물이 미세해지기 때문이다. 냉각속도가 빨라질수록 석출물의 크기가 미세해지므로 냉각속도의 상한을 제한할 필요는 없으나, 냉각속도가 1000℃/min 보다 빨라지더라도 석출물 미세화 효과가 더 이상 커지지 않으므로 냉각속도는 300~1000℃/min이 보다 바람직하다.
[권취조건]
상기와 같이 열간압연한 다음에는 권취를 행하는데, 권취온도는 700℃이하가 바람직하다. 권취온도가 700℃초과의 경우에는 석출물이 너무 조대하게 성장하여 강도 확보가 곤란하다.
[냉간압연조건]
냉간압연은 50~90%의 압하율로 행하는 것이 바람직하다. 냉간압하율이 50%미만의 경우에는 소둔재결정 핵생성양이 적기 때문에 소둔시 결정립이 너무 크게 성장하여 소둔 재결정립의 조대화로 강도 및 성형성이 저하한다. 냉간압하율이 90%초과의 경우에는 성형성은 향상되지만 핵생성 양이 너무 많아 소둔 재결정립은 오히려 너무 미세하여 연성이 저하한다.
[연속소둔]
연속소둔 온도는 제품의 재질을 결정하는 중요한 역할을 한다. 본 발명에서는 700~900℃의 온도범위에서 행하는 것이 바람직하다. 연속소둔 온도가 700℃미만의 경우에는 재결정이 완료되지 않아 목표로 하는 연성 값을 확보할 수 없으며, 소둔온도가 900℃초과의 경우에는 재결정립의 조대화로 강도가 저하된다. 연속소둔시간은 재결정이 완료되도록 유지하는데, 약 10초이상이면 재결정이 완료된다. 바람직하게는 연속소둔시간을 10초~30분의 범위내로 하는 것이다,
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
표 1의 강슬라브를 재가열하여 마무리열간압연하고 400℃/min 의 속도로 냉각하여 650℃에서 권취한 다음, 75%의 압하율로 냉간압연과 연속소둔처리하였다. 이때의 마무리압연온도는 Ar3변태점이상인 910℃이며, 연속소둔은 10℃/초의 속도로 830℃로 40초 동안 가열하여 행하였다.
얻어진 소둔판은 기계적 특성을 조사하기 위해 ASTM규격(ASTM E-8 standard)에 의한 표준시편으로 가공하였다. 시편은 인장시험기(INSTRON사, Model 6025)를 이용하여 항복강도, 인장강도, 연신율, 소성이방성 지수(rm값), 면내이방성 지수(△r값) 및 시효평가지수를 측정하였다. 여기서 rm=(r0+2r45+r90)/4, △r=(r0-2r45+r90)/2이며, 시효평가지수는 소둔후 1.0% skin Pass압연한 시편을 100℃ X 2hr. 열처리후 측정된 항복점연신(Yield Point Elongation)율이다.
소부경화특성은 시편에 2% 스트레인을 가한 후 170℃에서 20분간 열처리 후 항복강도를 측정하고, 측정된 항복강도 값에서 열처리전의 항복강도 값을 뺀 값을 BH값으로 한 것이다.
C Mn P S Al Cu Ti Nb B N 기타
A1 0.0014 0.11 0.008 0.008 0.042 0.08 0.009 0.004 0.0007 0.0072
A2 0.0019 0.08 0.0028 0.008 0.036 0.11 0.011 0.004 0.0005 0.011
A3 0.0015 0.09 0.043 0.007 0.034 0.09 0.01 0.003 0.0009 0.011 Si:0.09
A4 0.0024 0.11 0.082 0.009 0.042 0.13 0.01 0.004 0.0011 0.012 Si:0.12
A5 0.0027 0.08 0.11 0.008 0.067 0.12 0.025 0.006 0.0009 0.0087 Si:0.1
A6 0.0025 0.15 0.037 0.012 0.073 0.14 0.02 0.005 0.0009 0.0072 Si:0.11 Mo:0.087
A7 0.0022 0.1 0.037 0.012 0.041 0.13 0.009 0.004 0.0007 0.014 Si:0.13 Cr:0.31
A8 0.0013 0.55 0.044 0.007 0.03 0 0.03 0.012 0.0005 0.0027
A9 0.0045 0.08 0.121 0.013 0.04 0.15 0 0 0.0008 0.0018
기타 Cu+Mn (Mn/55+Cu/63.5)/(S*/32) (Al/27)/(N*/14) Cs 석출물의 평균크기 (㎛) 석출물 수 (개/mm2)
A1 0.19 7.6 2.967 14 0.06 2.3X107
A2 0.19 5.6 1.749 19 0.06 2.9X107
A3 0.18 5.5 1.659 15 0.06 2.5X107
A4 0.24 6.1 1.787 24 0.05 4.2X107
A5 0.2 14.5 6.803 27 0.05 2.9X107
A6 0.29 13.3 6.423 25 0.05 3.1X107
A7 0.23 4.47 1.393 22 0.04 3.4X107
A8 0.55 -63 -6.65 -28 0.27 1.2X104
A9 0.23 7.81 3.813 45 0.06 9.5X105
S*=S-0.8x(Ti-0.8x(48/14)xN)x(32/48), N* =N-0.8x(Ti-0.8x(48/32)xS))x(14/48) , Cs=(C-Nbx12/93-Ti*x12/48)x10000, Ti*=Ti-0.8x((48/14)xN+(48/32)xS)
시료번호 기계적 성질 비고
항복 강도 (MPa) 인장 강도 (MPa) 연신율 (%) 소성이방성 지수(rm) 면내이방성 지수 (Δr) 시효평가지수 BH값(MPa) 2차가공취성 (DBTT-℃)
A1 192 320 48 2.06 0.31 0 37 -40 발명강
A2 211 349 46 1.98 0.29 0 48 -60 발명강
A3 221 359 42 1.93 0.27 0 33 -60 발명강
A4 252 403 37 1.78 0.27 0 45 -50 발명강
A5 321 457 34 1.62 0.31 0 58 -60 발명강
A6 234 355 41 1.88 0.27 0 51 -60 발명강
A7 222 351 42 1.87 0.3 0 51 -50 발명강
A8 189 359 42 1.95 0.38 0 0 -50 비교강
A9 336 461 27 1.27 0.21 3.5 96 -60 비교강
본 발명에서 상기 실시형태는 하나의 예시로서, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 소부경화형 IF강에 미세한 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물을 분포시키는 것에 의해 결정립을 미세화시키고 이에 따라 면내이방성지수를 낮추고 또한, 석출강화에 의해 항복강도를 증진시키는 것이다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 중량%로, C: 0.001-0.01%, Cu:0.01-0.2%, Mn:0.01-0.3%, S:0.005-0.08%, Al:0.1%이하, N:0.004-0.02%, P:0.2%이하, B:0.0001-0.002%, Ti:0.005~0.15%, Nb:0.002-0.04%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고,
    상기 Cu, Mn, S, Al, N, C, Ti, Nb가
    Cu+Mn:0.05-0.4%, (Mn/55+Cu/63.5)/( S*/32):1-30, (Al/27)/( N*/14):1-10,
    Cs(solute carbon):5-30를 만족하고
    [여기서, S*=S-0.8x(Ti-0.8x(48/14)xN)x(32/48),
    N* =N-0.8x(Ti-0.8x(48/32)xS)x(14/48) , Cs=(C-Nbx12/93-Ti*x12/48)x10000,
    Ti*=Ti-0.8x((48/14)xN+(48/32)xS) 단, Ti*<0일 경우 Ti*=0으로 함]
    (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물의 평균크기가 0.2㎛이하이며,
    상기 석출물수는 1X107개/mm2이상임을 특징으로 하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 (Al/27)/( N*/14)는 1-7임을 특징으로 하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판.
  4. 제 2항에 있어서, 추가로 Si:0.1~0.8%, Cr:0.2~1.2%의 1종 또는 2종이 포함되는 것을 특징으로 하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판.
  5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 추가로 Mo이 0.01~0.2% 포함되는 것을 특징으로 하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판.
  6. 삭제
  7. 중량%로, C: 0.001-0.01%, Cu:0.01-0.2%, Mn:0.01-0.3%, S:0.005-0.08%, Al:0.1%이하, N:0.004-0.02%, P:0.2%이하, B:0.0001-0.002%, Ti:0.005~0.15%, Nb:0.002-0.04%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고,
    상기 Cu, Mn, S, Al, N, C, Ti, Nb가
    Cu+Mn:0.05-0.4%, (Mn/55+Cu/63.5)/( S*/32):1-30, (Al/27)/( N*/14):1-10,
    Cs(solute carbon):5-30를 만족하는 슬라브를,
    [여기서, S*=S-0.8x(Ti-0.8x(48/14)xN)x(32/48),
    N* =N-0.8x(Ti-0.8x(48/32)xS)x(14/48) , Cs=(C-Nbx12/93-Ti*x12/48)x10000,
    Ti*=Ti-0.8x((48/14)xN+(48/32)xS) 단, Ti*<0일 경우 Ti*=0으로 함]
    1100℃이상의 온도로 재가열한 후 마무리 압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하여 열간압연하고 300℃/min이상의 속도로 냉각하고 700℃이하의 온도에서 권취한 다음, 50~90%의 압하율로 냉간 압연하고, 700~900℃의 온도범위에서 10초~30분 동안 연속소둔하여 평균크기가 0.2㎛이하의 (Mn,Cu)S석출물과 AlN석출물이 1X107개/mm2이상 분포하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 (Al/27)/( N*/14)는 1-7임을 특징으로 하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 추가로 Si:0.1~0.8%, Cr:0.2~1.2%의 1종 또는 2종이 포함되는 것을 특징으로 하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법.
  10. 제 7항 또는 제 9항에 있어서, 추가로 Mo이 0.01~0.2% 포함되는 것을 특징으로 하는 항복강도가 우수한 소부경화형 냉연강판의 제조방법.
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