KR100884104B1 - 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판과 그 제조 방법 - Google Patents

도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판과 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판과 그 제조방법이다. C: 0.08 내지 0.35%, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.8 내지 3.5%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, Al: 0.25 내지 1.8%, Mo: 0.05 내지 0.35%, N: 0.010% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 금속 조직이 페라이트, 베이나이트와 면적율 0.5% 이상 10% 이하의 뜨임 마르텐사이트 및 체적율 5% 이상의 잔류 오스테나이트를 가진다. 그 제조방법은 연속 소둔공정에서 680 내지 930℃의 온도로 소둔한 후, 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각하고, 그 다음으로, 용융 아연 도금을 실시할 때에, 250 내지 600℃로 가열한 후, 용융 아연 도금 처리를 실시하는 방법이다.
용융 아연 도금 고강도 강판

Description

도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판과 그 제조 방법{HOT DIP ZINC PLATED HIGH STRENGTH STEEL SHEET EXCELLENT IN PLATING ADHESIVENESS AND HOLE EXPANDING CHARACTERISTICS}
본 발명은 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판과 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 자동차의 연비 향상, 차체 경량화가 한층 더 요구되고 있고, 경량화를 위하여 인장 강도, 항복 강도가 우수한 고강도 강판에 대한 수요가 높아지고 있다. 그러나, 이 고강도 강판은 강도가 상승함에 따라 성형이 곤란하게 되고, 특히, 강재의 연신율이 저하된다. 이것에 대하여, 최근에는 강도와 연신율이 모두 높은 TRIP강(고잔류 오스테나이트강)이 자동차의 골격 부재에 사용되기에 이르렀다.
그런데, 종래의 TRIP강은 1%를 초과하는 Si를 함유하기 때문에, 도금이 균일하게 부착되기 어렵고, 용융 아연 도금성이 나쁘다고 하는 문제가 있었다. 이 때문에 Si 양을 저감하고, 그 대체로서 Al을 첨가한 용융 아연 도금 고강도 강판이 일본 특허공보 제2962038호, 일본 공개 특허 공보 2003-105486호에서 제안되어 있다. 그러나 전자는 Si 함유량이 0.53% 이상으로 비교적 Si량이 많기 때문에 여전히 도금 밀착성에 문제가 있고, 또한, 후자는 Si 함유량을 0.2% 미만으로 저하시켜 도금 밀착성을 개선하고는 있으나, 비교적 높은 냉각 속도에 의하여 잔류 오스테나이트가 남게 되기 때문에 냉각 속도를 안정적으로 제어하지 못하고, 그 때문에 재질이 불안정하게 된다고 하는 문제가 있었다.
또한, 부재에 따라서는 가공 구멍부를 확장하여 플랜지를 형성시키는 버링 가공을 하는 부재도 적지 않으므로 구멍 확장성도 중요한 특성으로서 겸비하는 강판이 요구되고 있다. 이 요망에 대한 종래의 TRIP강은 유기 소성 변태 후에 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 되고, 페라이트와의 경도 차이가 크기 때문에 구멍 확장성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 자동차 제조회사, 가전 회사로부터 강판의 방수화를 요청받아 용융 아연 도금을 실시한 강판이 보급되고 있다. 이와 같이, 각종 제조회사로부터의 종래의 냉연 강판으로부터 표면 처리 강판으로의 품종 전환이 이루어지고, 또한 제조 공정 단축화에 의하여 표면 처리 강판, 특히, 용융 아연 도금강판의 긴급하고, 또한 납기가 짧은 대량 수주에 대응할 수 있는 생산 태세가 필요하게 되었다. 그러나, 상술한 용융 아연 도금강판을 제조하기 위한 고온 소둔재나 고강도 강판의 경우에는 고온 소둔을 하기 때문에 생산성이 낮고, 따라서 용융 아연 도금 고강도 강판의 긴급하고, 또한 대량의 수주/생산이 있는 경우에는 소둔로를 구비한 용융 아연 도금 라인에 생산이 집중되어 대응할 수 없다고 하는 문제가 있다.
한편, 냉연 강판이나 상기 아연 도금강판의 원판의 소둔을 실시하는 통상의 연속 소둔 라인은 일반적으로 고속·고생산성을 가짐에도 불구하고, 상술한 바와 같은 생산의 변화에 의하여 생산 부하가 감소하고, 경우에 따라서는 통판하는 재료가 없고, 제조 라인을 일시 휴지한다고 하는 문제도 발생하고 있어서 생산 능력이 남아돌게 되는 심각한 문제를 가지고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제를 해결하고, 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판과 그 제조 방법을 공업적 규모로 실현하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자들은 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판과 그 제조 방법에 대해 예의 검토한 결과, 강 성분의 최적화, 즉, Si량의 저감, Al을 대체 원소로 함으로써 용융 아연 도금의 밀착성을 향상시키고 또한, Mo를 첨가하여 강도와 연신율 두 가지 모두 우수한 재질 특성을 가지게 하고, 용융 아연 도금 공정 전에, 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각한 후 도금 처리에 필요한 온도까지 가열함으로써 안정된 재질의 잔류 오스테나이트 및 뜨임 마르텐사이트(tempered martensite)를 포함한 강을 공업적으로 제조 가능하게 하고, 또한 구멍 확장성도 향상시킬 수 있다는 것을 밝혀내었다. 즉, 상기 지견에 의하여 설계된 성분계의 강판을, 연속 소둔공정으로 페라이트/오스테나이트 2상역으로 재결정 소둔을 실시한 후에, 필요에 따라서 적정한 과시효를 실시하고, 마르텐사이트 변태점 이하로 냉각하고, 그 다음으로, 용융 아연 도금 처리를 하기 위하여 도금 처리에 필요한 온도까지 가열함으로써 페라이트를 주상으로 하고, 뜨임 마르텐사이트를 면적율로 0.5% 이상, 10% 이하 생성시키고, 또한, 저온 생성상으로써 잔류 오스테나이트를 체적율로 7% 이상 포함하고, 베이나이트상을 함께 가지는 복합 금속 조직을 얻을 수 있고, 또한 구멍 확장성도 개선되는 것을 밝혀내었다. 또한, 재결정 소둔을 연속 소둔라인으로 실시하고, 용융 아연 도금 처리를 연속 용융 아연 도금 라인으로 실시하면 긴급하고 또한 대량의 수주/생산에도 대응할 수 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 요지는 다음과 같다.
(1) C: 0.08 내지 0.35%, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.8 내지 3.5%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, Al: 0.25 내지 1.8%, Mo: 0.05 내지 0.35%, N: 0.010% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 용융 아연 도금강판으로서, 상기 강판의 금속 조직이 페라이트, 베이나이트와 면적율로 0.5% 이상 10% 이하의 뜨임 마르텐사이트 및 체적율로 5% 이상의 잔류 오스테나이트를 가지는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판.
(2) (1) 기재의 강 성분을 가지는 슬라브를 열연 후, 400 내지 750℃의 온도로 권취한 후 냉각하고, 그 후 연속 소둔공정에서 680 내지 930℃의 온도로 소둔한 후, 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각하고, 그 다음으로, 용융 아연 도금을 실시할 때에, 250 내지 600℃로 가열한 후, 용융 아연 도금 처리를 하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
(3) 상기 연속 소둔공정의 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각한 후에, 산 세정하거나 또는 산 세정하지 않고 Ni, Fe, Co, Sn, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 프리 도금을 강판의 편면 부근에서 0.O1 내지 2.O g/m2 실시하는 것을 특징으로 하는 (2)에 기재된 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
(4) 상기 용융 아연 도금 공정 후에, 아연 도금층을 합금화하는 것을 특징으로 하는 (2)에 기재된 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
(5) 상기 아연 도금층 또는 합금화 아연 도금층상에, 추가로 크로메이트 처리, 무기 피막 처리, 화성 처리, 수지 피막 처리의 어느 1종 또는 2종 이상의 후처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 (2) 또는 (4) 기재의 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
(6) (1) 기재의 용융 아연 도금 고강도 강판이, 또한, 질량% 로, Ti: 0.01 내지 0.3%, Nb: 0.01 내지 0.3%, V: 0.01 내지 0.3%, Cu: 1% 이하, Ni: 1% 이하, Cr: 1 % 이하, B: 0.0001 내지 0.0030% 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판.
(7) (2) 기재의 용융 아연 도금 고강도 강판이, 또한, 질량%로, Ti: 0.01 내지 0.3%, Nb:0.01 내지 0.3%, V:0.01 내지 0.3%, Cu:1% 이하, Ni:1% 이하, Cr:1 % 이하, B: 0.0001 내지 0.0030% 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
발명을 실시하기 위한 최선의 실시 형태
먼저, 본 발명에 규정하는 용융 아연 도금 고강도 강판의 성분 및 금속 조직으로 한정하는 이유에 대하여 설명한다.
C는 강도 확보의 관점에서, 또는 오스테나이트를 안정화하는 기본 원소로서 0.08% 내지 0.35% 함유되는 필수 성분이지만, 용도에 따라서 Si 양과의 관계에서 첨가하는 양을 조정할 필요가 있다. 인장 강도에 대한 요구는 400 내지 800 MPa 정도로 비교적 낮고, 연성이나 용융 아연 도금성이 중시되는 경우에는 저Si량(예를 들면 0.2% 이하)과 함께, 0.08% 내지 0.3%, 바람직하게는 0.1 내지 0.22%로 한다. 한편, 인장 강도에 대한 요구가 600 MPa 이상, 보다 바람직하게는 900 MPa로 높은 동시에 가공성을 겸비하고, 가공에 지장이 없는 용융 아연 도금성도 구비하기 위하여는 고Si량(예를 들면 0.2 내지 1.0% 이하)과 함께, C는 0.12 내지 0.35%, 바람직하게는 0.15 내지 0.25%로 한다.
Si는 강도 확보, 연성, 오스테나이트 안정화나 잔류 오스테나이트 생성에 유효한 원소이지만, 첨가량이 많으면 용융 아연 도금성이 열화되기 때문에 1.0% 이하를 첨가하지만, 용도에 따라 첨가량을 조정하여야 한다. 인장 강도에 대한 요구가 400 내지 800MPa 정도로 비교적 낮고, 연성이나 용융 아연 도금성이 중시되는 경우에는 Si를 바람직하게는 0.2% 미만으로 하고, 또한 용융 아연 도금성을 중시하는 경우에는 0.1% 미만이 더 좋다. 인장 강도의 요구가 600 MPa 이상, 보다 바람직하게는 900 MPa로 높은 동시에 가공성을 겸비하고, 가공에 지장이 없는 용융 아연 도금성도 구비하기 위하여는 0.2% 이상, 1.0% 이하로 하고, 용융 아연 도금성을 확실하게 하기 위하여는 0.2% 이상, 0.5% 미만이 더 좋다.
Mn은 강도 확보의 관점에서 첨가가 필요할 뿐만 아니라 탄화물의 생성을 지연시키는 원소이며, 잔류 오스테나이트의 생성에 필요한 원소이다. Mn이 0.8% 미만에서는 강도가 만족되지 않고, 또한 잔류 오스테나이트의 생성이 불충분이 되어 연성이 열화된다. 또한, Mn이 3.5%를 넘으면 잔류 오스테나이트을 대신하여 마르텐사이트가 증가되고, 강도 상승을 초래하여, 이 때문에 제품 불균일이 커질 뿐만 아니라, 연성이 부족하여 공업 재료로서 사용할 수 없다. 이 때문에, Mn의 범위는 0.8 내지 3.5%로 하였다.
P는 강판의 강도를 올리는 원소로서 필요한 강도 레벨에 따라 첨가하지만, 첨가량이 많으면 입계에 편석하기 때문에 국부 연성을 열화시키고, 동시에 용접성도 열화시키므로, P의 상한치는 0.03%로 하였다. 또한, S는 MnS를 생성함으로써 국부 연성, 용접성을 열화시키는 원소이며, 강 중에 존재하지 않는 것이 바람직한 원소이기 때문에 상한을 0.03%로 하였다.
Mo는 0.05% 미만에서는 펄라이트를 형성하고, 잔류 오스테나이트율이 저감된다. 과다한 Mo 첨가는 연성의 저하, 화성 처리성을 열화시키는 경우가 있기 때문에 0.35%를 상한으로 하였다. 좋기로는 Mo 첨가량을 0.15% 이하로 함으로써 높은 강도-연성 밸런스를 얻을 수 있다.
Al은 Si와 같이 오스테나이트를 잔류시키기 위하여 필요한 원소이며, Si를 대신하여 도금 밀착성 향상을 위하여 첨가되고, 페라이트의 생성을 촉진하고, 탄화물의 생성을 억제함으로써 오스테나이트를 안정화시키는 작용이 있는 동시에, 탈산 원소로서도 작용한다. 오스테나이트의 안정화에는 0.25% 이상의 Al 첨가가 필요하고, 또한, Al을 과다하게 첨가하여도 상기 효과는 포화되고, 오히려 강을 취화 시키는 동시에 용융 아연 도금성을 저하시키기 때문에 그 상한을 1.8%로 하였다.
N은 불가피하게 포함되는 원소이지만, 다량으로 함유하는 경우에는 시효성을 열화시킬 뿐만 아니라 AlN 석출량이 많아져 Al 첨가의 효과를 감소시키므로 0.01% 이하로 함유하는 것이 좋다. 또한, 불필요하게 N을 저감하는 것은 제강 공정에서의 비용이 증대되므로 통상 0.0020% 정도 이상으로 제어하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서는 상기 성분에 추가하여, 또한, Ti: 0.01 내지 0.3%, Nb: 0.01 내지 0.3%, V: 0.01 내지 0.3%, Cu: 1% 이하, Ni: 1% 이하, Cr: 1% 이하, B: 0.0001 내지 0.0030% 중 1종 또는 2종 이상을 첨가할 수 있다. Ti, Nb, V는 석출 강화와 강도 향상의 목적으로 첨가할 수 있으나, 0.3% 이상에서는 가공성이 열화된다. 또한, Cr, Ni, Cu도 강화 원소로서 첨가할 수 있지만, 1% 이상에서는 연성 및 화성 처리성이 열화된다. 또한, B는 국부 연성 및 구멍 확장성을 개선하는 원소로서 첨가할 수 있으나 0.0001% 이하에서는 그 효과를 발휘하지 못하고, 0.0030% 이상에서는 연신율 및 도금 밀착성이 열화된다.
본 발명에 있어서는 다음에 제조 방법과 관련하여 설명하는 금속 조직이 매우 중요한 요건이 된다. 즉, 본 발명에 의한 용융 아연 도금 고강도 강판의 금속 조직에 있어서 최대의 특징은 강 중에 면적율로 0.5% 이상 10% 이하의 뜨임 마르텐사이트를 가지는 것이다. 이 뜨임 마르텐사이트는 680 내지 930℃에서의 연속 소둔에 이어지는 냉각 공정에서 생성한 마르텐사이트가 연속 용융 아연 도금 처리하기 위하여 250 내지 600℃, 바람직하게는 460 내지 530℃로 가열함으로써 템퍼링되어 뜨임 마르텐사이트가 된다. 뜨임 마르텐사이트의 양이 0.5% 미만에서는 구멍 확장 비율이 향상되지 않고, 10% 초과에서는 조직 간의 경도 차이가 너무 커져서 가공성이 저하된다. 또한 체적율로 5% 이상, 좋기로는 7% 이상의 잔류 오스테나이트를 확보함으로써 인장강도×연성이 비약적으로 향상된다. 또한, 인장 강도의 요구가 600 MPa 이상, 나아가 900 MPa로 높은 동시에 가공성을 겸비하기 위하여는 잔류 오스테나이트가 7% 이상인 것이 좋다. 그리고, 이 뜨임 마르텐사이트와 페라이트, 베이나이트, 체적율로 5% 이상의 잔류 오스테나이트가 주상이 되고, 강판 중에 균형있게 존재함으로써 가공성과 구멍 확장성이 개선되는 것으로 생각된다.
다음으로, 본 발명에 의한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 상술한 강 성분을 가지는 슬라브는 통상의 조건으로 열연 후, 400 내지 750℃의 온도로 권취한다. 이 권취 온도를 상기 온도 범위로 하는 이유는 열연 후의 조직을 감각이 작은 펄라이트, 또는 펄라이트와 베이나이트의 혼합 조직으로서 소둔공정으로 세멘타이트를 용해하기 쉽게 하고, 또는 스케일 발생의 억제, 디스케이링성을 좋게 하고, 경질상을 증가시키고, 냉연을 곤란하게 하지 않기 위하여 400 내지 750℃의 온도 범위 내에서의 저온 권취가 좋다.
이와 같이 하여 권취한 열연 강판은 통상의 조건으로 냉연되어 냉연 강판으로 된다. 이어서, 이 냉연 강판은 오스테나이트와 페라이트의 2상 공존 온도역, 즉, 680 내지 930℃의 온도 범위에서 재결정 소둔된다. 상기 소둔 온도는 930℃ 초과에서는 강판 중의 조직이 오스테나이트 단상이 되고, 오스테나이트 중의 C가 희박하게 되기 때문에 그 후의 냉각으로 안정된 오스테나이트를 잔존시킬 수 없게 되므로 상한의 온도를 930℃로 하였다. 한편, 680℃ 미만에서는 고용 C가 불충분하게 되어 오스테나이트의 C 농화가 불충분하게 되고 잔류 오스테나이트 비율이 저하되기 때문에 하한의 온도를 680℃로 하였다. 상술한 소둔을 실시한 강판은 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각되지만, 그 냉각 수단은 스프레이 냉각, 기수 냉각, 물 침지 냉각, 가스 제트 냉각 중 어느 것이어도 무방하고 특정하지 않는다. 소둔으로부터 마르텐사이트 변태점 이하까지의 냉각 동안에 300 내지 500℃의 온도로 과시효 처리하는 것이 좋다. 이 과시효 처리는 오스테나이트를 베이나이트에 효율적으로 변태시켜 베이나이트상을 확보하면서 또한, 소둔에 의하여 생성한 마르텐사이트를 뜨임 마르텐사이트로 변태시키고, 또한 잔류 오스테나이트 중에 C를 농화시켜서 안정시키기 위하여 300 내지 500℃의 온도 범위에서 60초 내지 20분 유지하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서는 과시효 후에 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각하여 마르텐사이트를 확보한다. 또한, 마르텐사이트 변태점 Ms는 Ms(℃)=561-471×C(%)-33×Mn(%)-17×Ni(%)-17×Cr(%)-21×Mo(%)로 구할 수 있다.
구멍 확장성이 개선되는 이유는 명확하지 않지만, 소둔하여 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각한 후, 용융 아연 도금 처리를 하도록 저온 가열함으로써 연질 조직과 경질 조직의 경도의 밸런스가 개선되고, 국부 연신율이 개선됨으로써 구멍 확장성이 개선되는 것으로 생각할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각된 강판을 프리 도금 전에, 필요에 의하여 산 세정한다. 이 산 세정을 프리 도금 전에 실시함으로써 강판 표면을 활성화하고, 프리 도금의 도금 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 연속 소둔 공정으로 강판 표면에 생성한 Si, Mn 등의 산화물을 제거하고, 이후에 실시하는 용융 아연 도금의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이 산 세정 처리는 2 내지 20%의 염산을 포함한 산 세정액에 1 내지 20초간 산 세정 처리하는 것이 좋다. 또한, 이 산 세정 처리 후에 Ni 플래쉬 도금을 실시하여도 좋다. 또한, 연속 소둔 공정의 재결정 후의 냉각이 스프레이 냉각, 기수 냉각, 물 침지 냉각의 어느 하나의 수단으로 한 냉각에 의한 경우, 연속 소둔 공정 출측에는 연속 소둔 중 또는 냉각 중에 발생하는 강판 표면의 산화막을 제거하는 산 세정 공정이 필요하기 때문에, 산 세정 설비가 연속 소둔 설비 출측에 설치되어 있으므로, 강판 표면의 산화막 제거와 동시에 강판 표면에 생성한 Si, Mn 등의 산화물을 제거할 수 있어 효율적이다. 이와 같이 산 세정 공정은 연속 소둔 공정에 부속된 설비로 실시하는 것이 효율적이지만 별도로 설치한 산 세정 라인으로 실시하여도 좋다.
또한, 본 발명에서는 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각된 강판에 도금 밀착성을 향상시키기 위하여 Ni, Fe, Co, Sn, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 프리 도금을 강판 편면당 0.O1 내지 2.O g/m2, 바람직하게는 0.1 내지 1.O g/m2 실시하는 것이 좋다. 프리 도금의 방법은 전기 도금, 침지 도금, 스프레이에 의한 도금의 어느 방법도 채용할 수 있다. 도금 부착량은 0.O1 g/m2 미만에서는 프리 도금에 의한 밀착성 향상의 효과를 얻지 못하고, 2.O g/m2 초과에서는 비용이 들므로 강판 편면당 0.O1 내지 2.O g/m2로 하였다.
상술한 바와 같이 처리된 강판은 이어서 용융 아연 도금을 실시하지만, 이 용융 아연 도금 공정에 들어가기 전에 사전 처리를 실시하는 것이 좋다. 이 사전 처리라 함은 연삭 브러쉬 등으로 강판 표면을 청정화하는 처리이다. 또한, 이 연삭브러쉬는 연마용 입자들이 들어있는 브러쉬가 바람직하고, 청정 처리액은 온수, 가성 소다액 또는 그 양자를 병용하는 것이 바람직하다.
또한, 긴급하고, 또한 대량의 수주/생산에도 대응할 수 있도록 하려면 기존의 연속 소둔 공정과 용융 아연 도금 공정이 별도의 라인인 것이 바람직하지만 특정하는 것은 아니다. 별도의 라인인 경우에는 연속 소둔로 내에서의 강판 형상 붕괴를 교정할 수 있도록 조질 압연 등의 형상 교정을 실시하거나 강판의 오염물 등을 제거하기 위하여 전해 세정 라인으로 돌릴 수도 있다. 또한, 연속 소둔 내지 용융 아연 도금 간에 재질 샘플도 채취할 수 있기 때문에, 사전에 재질의 예측도 가능해진다.
이와 같이 하여 처리된 강판은, 이어서 용융 아연 도금 공정에서 아연 도금이 실시된다. 이 용융 아연 도금 공정에서는 강판 표면이 활성화되는 온도 이상, 즉, 250 내지 600℃의 온도 범위로 가열된다. 또한, 아연 도금 욕과 강판의 온도차를 고려하면 460 내지 530℃의 온도 범위가 바람직하다. 가열 수단은 특정하지 않지만 래디언트 튜브나 유도 가열이 좋다. 긴급하고, 또한 대량의 수주/생산에도 대응할 수 있도록 하려면 기존의 연속 용융 아연 도금 라인의 가열로를 이용할 수 있다. 또한, 강판은 전술한 연속 소둔 공정에서, 이미 재결정 소둔은 실시되어 있으므로 냉간 압연 공정으로부터 용융 아연 도금 공정으로 직송된 경우보다 고속으로 통판할 수 있고 따라서 생산성도 향상된다고 하는 이점이 있고, 긴급하고, 또한 대량의 수주/생산에 대응하는 경우 좋다.
또한, 상기 용융 아연 도금 공정에서 아연 도금을 실시한 아연 도금 강판은 또한 도금층에 합금화 처리를 함으로써 치밀한 도금 조직으로, 딱딱하고, 강인한 도금층을 얻기 위하여, 470 내지 600℃의 온도 범위에서 가열 처리를 실시하고, 합금화 용융 아연 도금강판으로 할 수도 있다. 특히, 본 발명에 있어서는 합금화 처리를 실시함으로써, 도금 층 내의 Fe 농도를, 예를 들면 7 내지 15 질량%로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 내식성이나 가공성을 향상시키기 위하여, 상술한 바와 같은 공정으로 제조된 용융 아연 도금강판 또는 합금화 용융 아연 도금강판의 표층에 크로메이트 처리, 무기 피막 처리, 화성 처리, 수지 피막 처리 중 어느 1종 또는 2종 이상의 후처리를 실시할 수도 있다.
실시예 1
표 1에 나타낸 성분 조성을 가지는 강을 진공 용해로로 용해·주조한 강 슬라브를 1200℃로 재가열한 후, 열간 압연에 있어서 880℃의 온도로 마무리 압연을 실시하여 열연 강판으로 한 후, 냉각하고, 600℃의 권취 온도로 권취하고, 그 온도로 1시간 유지하는 권취 열처리를 재현하였다. 얻어진 열연 강판을 연삭에 의하여 스케일 제거하고, 70%의 압하율로 냉간압연을 실시하고, 그 후 연속 소둔 시뮬레이터를 사용하여 770℃의 온도로 가열한 후, 그 온도에 74초간 유지하는 연속 소둔을 실시하였다. 이어서, 10℃/s로 450℃까지 냉각하고, 이하에 설명하는 2 종류의 제조 방법, 즉, 종래법과 본 발명 방법으로 아연 도금 강판을 제조하였다.
(1) 종래법
상술한 450℃까지의 냉각후, 산 세정 처리, 및 프리 도금의 어느 것도 실시하지 않고 500℃의 온도로 용융 아연 도금, 그리고 합금화 용융 아연 도금 처리하고, 상온까지 냉각한 후, 1%의 조질압연을 실시하여 제품으로 하였다. 이 제품의 기계적 성질, 금속 조직, 구멍 확장성, 도금 밀착성 등의 각종 특성을 표 2(제법 i)에 나타내었다.
(2) 본 발명 방법
상술한 450℃까지의 냉각 후에, 400℃의 온도로 180초 유지의 과시효 처리를 실시하고, 그 후 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각하고, 이어서 5% 염산 산 세정 처리하고, 강판 편면당 0.5 g/m2의 Ni 프리 도금을 실시한 후, 500℃의 온도로 가열하여 용융 아연 도금, 또한 합금화 용융 아연 도금 처리하고, 상온까지 냉각한 후, 1%의 조질 압연을 실시하여 제품으로 하였다. 이 제품의 기계적 성질, 금속 조직, 구멍 확장성, 도금 밀착성 등의 각종 특성을 표 3(제법 ii)에 나타내었다.
또한, 표 2, 표 3에 있어서 나타내는 인장 강도(TS), 구멍 확장율, 금속 조직, 잔류 오스테나이트, 뜨임 마르텐사이트, 도금 밀착성, 도금 외관의 시험·분석 방법은 이하에 기술하는 바와 같다.
● 인장 강도: JIS 5호 인장 시험편의 L 방향 인장으로 평가하였다.
TS가 540 MPa 이상이고, 또한 TS×El(%)의 값이 18,000 MPa 이상을 합격으로 하였다.
● 구멍 확장율: 일본 철강 연맹 규격, JFS T1001-1996 구멍 확장 시험 방법을 채용. 10mm의 펀칭 구멍(다이 내경 10.3mm, 클리어런스 12.5%)에 꼭지각 60˚의 원추 펀치를 펀칭 구멍의 펀칭된 구멍의 버가 금속판의 외측이 되는 방향으로 20 mm/min로 눌러 확장 성형한다.
구멍 확장율: λ (%) = {D-Do} ×100
D: 균열이 판 두께를 관통하였을 때의 구멍 지름(mm)
Do: 초기 구멍 지름(mm)
구멍 확장율은 50% 이상을 합격으로 하였다.
● 금속 조직: 광학 현미경으로 관찰, 및 X선 회절에 의한 잔류 오스테나이트율 측정. 페라이트는 나이탈 에칭, 마르텐사이트는 레페라 에칭으로 관찰하였다.
● 뜨임 마르텐사이트율: 뜨임 마르텐사이트의 정량화는 레페라 에칭으로, 시료를 연마(알루미나 마무리)하고, 부식액(순수, 피로아황산나트륨, 에틸알코올, 피크린산의 혼합액)에 10초간 담근 후, 재차 연마를 실시하고, 수세한 후 시료를 냉풍으로 건조시킨다. 건조 후 시료의 조직을 1000배로 10O㎛×10O㎛의 에리어를 루젝스 장치에 의하여 면적 측정하고 뜨임 마르텐사이트의 면적%를 결정하였다. 표 2, 표 3에서는 이 뜨임 마르텐사이트 면적율을 뜨임 마르텐사이트 면적%라고 표기하였다.
잔류 오스테나이트율: 공시재 판의 표층으로부터 1/4 두께까지 화학 연마한 면에서 MoKα선에 의한 페라이트의 (200), (210) 면적분 강도와 오스테나이트의 (200), (220) 및 (311) 면적분 강도로부터 잔류 오스테나이트를 정량하였다. 잔류 오스테나이트는 이 잔류 오스테나이트 체적율을 잔류 γ 체적%라고 표기하였다.
● 도금 밀착성: 60˚V 굽힘 시험으로 굽힘부의 도금 박리 상황으로 평가.
◎: 도금 박리 적음(박리 폭 3 mm 미만)
○: 실용상 지장없는 정도의 경미한 박리
(박리 폭 3 mm이상 7 mm미만)
△: 상당양의 박리를 볼 수 있음(박리 폭 7 mm이상 10 mm미만)
×: 박리가 격심(박리 폭 10mm 이상)
도금 밀착성은 ◎, ○을 합격으로 하였다.
● 도금 외관: 육안 관찰
◎: 도금이 되지 않은 부분이나 뭉침이 없는 균일한 외관
○: 도금이 되지 않은 부분이 없고 실용상 지장 없는 정도의 외관
불균일
△: 외관 불균일이 현저함
×: 도금이 되지 않은 부분이 있고, 또한 외관 불균일이 현저함
도금 외관은 ◎, ○을 합격으로 하였다.
Figure 112006046834971-pct00001
Figure 112007060093852-pct00009
Figure 112007060093852-pct00010
실시예2
표 1에 기재된 본 발명의 성분 범위 A, I, P의 강을 진공 용해로로 용해·주조한 강 슬라브를 1200℃로 재가열한 후, 열간 압연에 있어서 880℃의 온도로 마무리 압연을 실시하고 열연 강판으로 한 후, 냉각하고, 600의 권취 온도로 권취하고, 그 온도로 1시간 유지하는 권취 열처리를 재현하였다. 얻어진 열연 강판을 연삭에 의하여 스케일 제거하고, 70%의 압하율로 냉간 압연을 실시하고, 그 후 연속 소둔 시뮬레이터를 사용하여, 770℃의 온도로 가열한 후, 그 온도로 74초간 유지하는 연속 소둔을 실시하고, 10℃/s로 450℃까지 냉각하고, 그 후, 400℃의 온도로 180초 유지의 과시효 처리를 실시하고, 이어서 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각한 강판에 이하의 5종류의 실험을 실시하였다.
실험 1(본 발명예) 5% 염산으로 산 세정하고, Ni 프리 도금을 0.5 g/m2를 실시
실험 2 (본 발명예) 산 세정 없이, Ni 프리 도금을 0.5 g/m2를 실시
실험 3(비교예) 5% 염산으로 산 세정하고, Ni 프리 도금 0.0O5 g/m2을 실시
실험 4 (비교예) 5% 염산으로 산 세정하고, Ni 프리 도금 없음
실험 5 (본 발명예) 산 세정 없고, Ni 프리 도금 없음
그 후, 연속 용융 아연 도금 라인의 입측에서의 표면 청정 상당으로서 브러쉬 연삭을 실시한 후, 500℃의 온도로 가열하여 용융 아연 도금, 나아가 합금화 용융 아연 도금 처리하고, 상온까지 냉각 후, 1%의 조질압연을 실시하고 제품으로 하였다. 이 제품의 도금 밀착성, 도금 외관의 각종 특성을 표 4에 나타내었다.
Figure 112007060093852-pct00011
실시예 1에서는 표 3의 본 발명은 표 2의 동일한 실험 번호의 비교예에 대하여, 뜨임 마르텐사이트가 증가함으로써 구멍 확장성이 향상되었다. 또한, 산 세정, 프리 도금에 의하여 도금 밀착성, 도금 외관이 향상되었다. 표 3의 비교예는 산 세정, 프리 도금에 의하여 도금 밀착성, 도금 외관은 향상되었으나, 원래 성분이 본 발명의 범위를 벗어났기 때문에, TS, TS×El, 구멍 확장율의 어느 한 합격치를 만족하지 않았다.
실시예 2의 산 세정, 프리 도금 조건차이에서는 실험 1, 실험 2, 실험 5에 의하여 프리 도금에 의하여 도금 밀착성, 도금 외관이 크게 향상되고, 또한 프리 도금 전에 산 세정이 있는 것이 좋다. 실험 3에 의하여 프리 도금의 양이 적으면 효과가 없고, 실험 4에 의하여 산 세정만 하는 경우는 반대로 악화된다. 산 세정만 하는 경우, 오히려 도금 밀착성, 도금 외관이 악화되는 것은 표면이 너무 활성화된 채 연속 용융 아연 도금의 가열 공정으로 가열되기 때문에, 재차 강판의 Si, Mn 등의 산화물이 강판 표면에 발생하여 도금성을 악화시키기 때문이라고 생각된다.
실시예 3
표 5에 나타낸 성분 조성을 가지는 강을 진공 용해로로 용해·주조한 강 슬라브를 1200℃로 재가열한 후, 열간 압연에 있어서 880℃의 온도로 마무리 압연을 실시하여 열연 강판으로 한 후, 냉각하고, 600℃의 권취 온도로 권취하고, 그 온도로 1시간 유지하는 권취 열처리를 재현하였다. 얻어진 열연 강판을 연삭에 의하여 스케일을 제거하고, 70%의 압하율로 냉간압연을 실시하고, 그 후 연속 소둔 시뮬레이터를 사용하여 770℃의 온도로 가열한 후, 그 온도로 74초간 유지하는 연속 소둔을 실시하였다.
이어서 10℃/s로 450℃까지 냉각하고, 이하에 설명하는 2 종류의 제조 방법, 즉, 종래법과 본 발명 방법으로 아연 도금 강판을 제조하였다.
(1) 종래법
상술한 450℃까지 냉각한 후에, 산 세정 처리, 및 프리 도금의 어느 것도 실시하지 않고 500℃의 온도로 용융 아연 도금, 또한 합금화 용융 아연 도금 처리하고, 상온까지 냉각한 후, 1%의 조질압연을 실시하여 제품으로 하였다. 이 제품의 기계적 성질, 금속 조직, 구멍 확장성, 도금 밀착성 등의 각종 특성을 표 6 (제법 i)에 나타내었다.
(2) 본 발명 방법
상술한 450℃까지 냉각한 후에, 400℃의 온도로 180초 유지한 과시효 처리를 실시하고, 그 후 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각하고, 그 후, 5% 염산으로 산 세정 처리하고, 강판 편면당 0.5 g/m2의 Ni 프리 도금을 실시한 후, 500℃의 온도로 가열하여 용융 아연 도금, 그리고 합금화 용융 아연 도금 처리하고, 상온까지 냉각한 후, 1%의 조질 압연을 실시하고 제품으로 하였다. 이 제품의 기계적 성질, 금속조직, 구멍 확장성, 도금 밀착성 등의 각종 특성을 표 7(제법 ii)에 나타내었다.
또한, 표 6, 표 7에 있어서 나타내는 인장 강도(TS), 구멍 확장율, 금속 조직, 잔류 오스테나이트, 뜨임 마르텐사이트, 도금 밀착성, 도금 외관의 시험·분석 방법은 이하에 기술하는 바와 같다.
● 인장 강도: JIS 5호 인장 시험편의 L방향 인장으로 평가하였다.
TS가 540MPa 이상이고, 또한 TS×E1(%)의 값이 18,000 MPa 이상을 합격으로 하였다.
● 구멍 확장율: 일본 철강 연맹 규격, JFS Tl001-1996 구멍 확장 시험 방법을 채용. 10mm의 펀칭 구멍(다이 내경 10.3 mm, 클리어런스 12.5%)에 꼭지각 60˚의 원추 펀치를 펀칭 구멍의 펀칭된 구멍의 버가 금속판의 외측이 되는 방향으로 20 mm/min로 눌러 확장 성형한다.
구멍 확장율: λ (%) = {D-Do} ×100
D: 균열이 판 두께를 관통하였을 때의 구멍 지름(mm)
Do: 초기 구멍 지름(mm)
구멍 확장율은 50% 이상을 합격으로 하였다.
● 금속 조직: 광학 현미경으로 관찰 및 X선 회절에 의한 잔류 오스테나이트율 측정. 페라이트는 나이탈 에칭, 마르텐사이트는 레페라 에칭으로 관찰하였다.
● 뜨임 마르텐사이트율: 뜨임 마르텐사이트의 정량화는 레페라 에칭으로, 시료를 연마(알루미나 마무리)하고, 부식액(순수, 피로아황산나트륨, 에틸알코올, 피크린산의 혼합액)에 10초간 담근 후, 재차 연마를 실시하고, 수세한 후 시료를 냉풍으로 건조시킨다. 건조 후 시료의 조직을 1000배로 10O㎛×10O㎛의 에리어를 루젝스 장치에 의하여 면적 측정하여, 뜨임 마르텐사이트의 면적%를 결정하였다. 표 6, 표 7에서는 이 뜨임 마르텐사이트 면적율을 뜨임 마르텐사이트 면적%로 표기하였다.
● 잔류 오스테나이트율: 공시재 판의 표층으로부터 1/4 뚜께까지 화학 연마한 면에서 MoKα선에 의한 페라이트의 (200), (210) 면적분 강도와 오스테나이트의 (200), (220), 및 (311) 면적분 강도로부터 잔류 오스테나이트를 정량하였다. 표 6, 표 7에서는 이 잔류 오스테나이트 체적율을 잔류 γ 체적%라고 표기하였다.
● 도금 밀착성: 60˚V 굽힘 시험으로 굽힘부의 도금 박리 상황으로부터 평가.
◎: 도금 박리 적음(박리 폭 3 mm 미만)
○: 실용상 지장없는 정도의 경미한 박리
(박리 폭 3 mm이상 7 mm 미만)
△: 상당양의 박리를 볼 수 있음(박리 폭 7 mm이상 10 mm미만)
×: 박리가 격심(박리 폭 10mm 이상)
도금 밀착성은 ◎, ○을 합격으로 하였다.
● 도금 외관: ◎: 도금이 되지 않은 부분이나 뭉침이 없는 균일한 외관
○: 도금이 되지 않은 부분이 없고 실용상 지장 없는 정도의 외관
불균일
△: 외관 불균일이 현저한 것
×: 불도금이 발생, 또한 외관 얼룩짐이 현저한 것
도금 외관은 ◎, ○을 합격으로 하였다.
Figure 112006046834971-pct00005
Figure 112007060093852-pct00012
Figure 112007060093852-pct00013
실시예 4
표 5에 기재된 본 발명 성분 범위의 E, H, P의 강을 진공 용해로로 용해·주조한 강슬라브를 1200℃로 재가열한 후, 열간 압연에 있어서 880℃의 온도로 마무리 압연을 실시하여 열연 강판으로 한 후, 냉각하고, 600℃의 권취 온도로 권취하고, 그 온도에 1시간 유지하는 권취 열처리를 재현하였다. 얻어진 열연 강판을 연삭에 의하여 스케일 제거하고, 70%의 압하율로 냉간 압연을 실시하고, 그 후 연속 소둔 시뮬레이터를 사용하여 770℃의 온도로 가열한 후, 그 온도에 74초간 유지하는 연속 소둔을 실시하고, 10℃/s로 450℃까지 냉각하고, 그 후, 400℃의 온도로 180초 유지의 과시효 처리를 실시하고, 이어서 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각한 강판에 이하의 5 종류의 실험을 실시하였다.
실험 1(본 발명예) 5% 염산으로 산 세정하고, Ni 프리 도금을 0.5 g/m2를 실시
실험 2 (본 발명예) 산 세정 없이, Ni 프리 도금을 0.5 g/m2를 실시
실험 3(비교예) 5% 염산으로 산 세정하고, Ni 프리 도금 0.0O5 g/m2을 실시
실험 4 (비교예) 5% 염산으로 산 세정하고, Ni 프리 도금 없음
실험 5 (본 발명예) 산 세정 없고, Ni 프리 도금 없음
그 후, 연속 용융 아연 도금 라인의 입측에서의 표면 청정 상당으로서 브러쉬 연삭을 실시한 후, 500℃의 온도로 가열하여 용융 아연 도금, 그리고 합금화 용융 아연 도금 처리하고, 상온까지 냉각 후, 1%의 조질압연을 실시하고 제품으로 하였다. 이 제품의 도금 밀착성, 도금 외관의 각종 특성을 표 8에 나타내었다.
Figure 112007060093852-pct00014
실시예 3에서는 표 7의 본 발명은 표 6의 동일한 실험 번호의 비교예에 대하여, 뜨임 마르텐사이트가 증가됨으로써 구멍 확장성이 향상되었다. 또한 산 세정, 프리 도금에 의하여 도금 밀착성, 도금 외관이 향상되었다. 표 7의 비교예는 산 세정, 프리 도금에 의하여 도금 밀착성, 도금 외관은 향상되어 있으나, 원래의 성분이 본 발명의 범위를 벗어났기 때문에, TS, TS×E1, 구멍 확장율의 어느 하나가 합격치를 만족하고 있지 않다.
실시예 4의 산 세정, 프리 도금 조건 차에서는 실험 1, 실험 2, 실험 5에 의하여 프리 도금에 의하여 도금 밀착성, 도금 외관이 크게 향상되고, 또한 프리 도금 전에 산 세정이 있었던 것이 바람직하다. 실험 3에 의하여 프리 도금의 양이 적으면 효과가 없고, 실험 4에 의하여 산 세정만으로는 역으로 악화된다. 산 세정만의 경우, 오히려 도금 밀착성, 도금 외관이 악화되는 것은, 표면이 너무 활성화된 채 연속 용융 아연 도금의 가열 공정으로 가열되기 때문에, 재차 강판의 Si, Mn 등의 산화물이 강판 표면에 발생하여 도금성을 악화시키기 때문이라고 생각된다.
본 발명에 의하면, 자동차 부품 및 가전 부품 등에 사용되는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판을 제공하는 것이 가능해지고, 또는 품종 전환이나 각종 메이커의 생산증가 등에 의한 생산 변화, 긴급하고 단기 납기의 대량의 수주/생산이 있는 경우에도 유연하게 대응하는 것이 가능해진다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 질량%로, C: 0.08 내지 0.35%, Si: 1.0% 이하, Mn: 0.8 내지 3.5%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, Al: 0.25 내지 1.8%, Mo: 0.05 내지 0.35%, N: 0.010% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강 성분을 가지는 슬라브를 열연한 후, 400 내지 750℃의 온도로 권취한 후 냉각하고, 그 후 연속 소둔 공정에서 680 내지 930℃의 온도로 소둔한 후, 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각하고, 이어서 용융 아연 도금을 실시할 때에 250 내지 600℃로 가열한 후, 용융 아연 도금 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연속 소둔 공정의 마르텐사이트 변태점 이하까지 냉각한 후에, 산 세정하거나 또는 산 세정하지 않고 Ni, Fe, Co, Sn, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 프리 도금을 강판의 편면 부근에 0.O1 내지 2.O g/m2 실시하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 용융 아연 도금 공정 후, 아연 도금 층을 합금화하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 아연 도금 층 또는 합금화 아연 도금 층 위에 추가로 크로메이트 처리, 무기 피막 처리, 화성 처리, 수지 피막 처리의 어느 1종 또는 2종 이상의 후처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제2항에 기재된 용융 아연 도금 고강도 강판이, 또한, 질량%로, Ti: 0.01 내지 0.3%, Nb: 0.01 내지 0.3%, V: 0.01 내지 0.3%, Cu: 1% 이하, Ni: 1% 이하, Cr: 1% 이하, B: 0.0001 내지 0.0030% 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 도금 밀착성 및 구멍 확장성이 우수한 용융 아연 도금 고강도 강판의 제조 방법.
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