KR100900657B1 - 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

가공성이 우수한 고강도 용융도금강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 중량%로 C:0.08~0.15%, Si:0.01~0.3%, Mn:1.0~2.0%, sol.Al:0.02~0.05%, Sb:0.005~1.0%, Mo:0.05~0.3%, B:0.0002~0.002% 및 잔부 Fe 및 기타 불순물로 구성된 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판에 관한 것이다.
본 발명에 의한 용융도금강판은 Sb를 포함함으로써 표면 농화물의 조대화를 효과적으로 억제할 수 있어 안정적인 표면 품질을 확보할 수 있으며 또한, Mo 및 B의 첨가로 인장강도를 향상시킬 수 있어 산업상, 경제적으로 활용가치가 높은 강판을 제공할 수 있다.
인장강도, 소부경화, 2상조직, 마르텐사이트(Martensite), 페라이트(Ferrite), 베이나이트(Bainite)

Description

가공성이 우수한 고강도 용융도금강판 및 그 제조방법 {High Strength Hot Dip Coated Steel Sheet Having Good Formability And Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 우수한 가공성을 가지는 고강도 용융도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 내판재 멤버(Member)류 등의 구조 부재로 사용되는 인장강도 490MPa급 이상의 용융도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다
고강도 용융도금강판이란 자동차, 가전, 전기제품 및 건축 등 용도에 프레스(Press) 가공을 하여 사용되는 것으로 가공성 및 녹방지를 위해 상층에 금속산화물 또는 유기 피막처리한 강판을 의미한다. 이러한 용융도금강판에는 특히 용융아연도금강판이 널리 사용되고 있다.
최근, 자동차의 충격 안전성 규제가 확산되면서 차체의 내충격성 향상을 위하여 멤버(Member), 빔(Beam) 및 필라(Pillar)등의 구조 부재에는 석출경화형 고강 도 강판의 적용이 널리 이용되고 있다.
석출경화형 고강도강판은 자동차의 충돌에너지를 흡수하기 위하여 설계되기 때문에 인장강도(TS) 대비 항복강도(YS) 즉, 항복비(Yield Ratio, YS/TS)가 높은 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 특징을 가지는 것은, 자동차의 충돌시 충격에너지 흡수라는 측면에서 내충격성 향상을 위하여 강판의 두께를 증가시키는 것이 필요할 뿐만 아니라 고항복비를 가지는 고강도강의 재료가 요구되기 때문이다.
종래에 나타난 석출강화형 고강도강은 주로 Cu, Nb, Ti, V 등과 같은 탄,질화물 형성원소를 첨가하여 석출강화 효과를 일으켜서 강도를 향상시켰으며, 이러한 종래 기술로 대표적인 것은 일본 공개특허공보 제2001-115210호, 일본 공개특허공보 평3-140412호 및 일본 공개특허공보 평11-241119호를 들 수 있다.
일본 공개특허공보 제2001-115210호는 저탄소강에 다량의 Ti 및 Nb를 첨가하여 Ar3 변태점 이상의 온도에서 열간 압연 후 10℃/sec이상의 냉각속도로 냉각하고 다시 400~700℃ 부근으로 재가열함으로써 인장강도 590MPa이상의 고강도강판을 제조하는 기술을 제시하고 있다. 그러나, 상기 일본 공개특허공보 2001-115210호에서와 같이 다량의 Ti 및 Nb를 첨가하는 경우에는 재결정 온도가 상승하므로, 소둔 후 코일의 길이별 재질 편차가 발생할 가능성이 높아지며, 나아가 도금강판의 제조시 합금화 불량 발생 가능성 역시 매우 높아진다는 문제점이 있다.
한편, 일본 공개특허공보 평3-140412호 및 일본 공개특허공보 평11-241119호는 Cu석출물을 이용한 석출강화형 고강도강판 제조방법에 관한 것으로, Cu를 0.8중량% 이상 첨가하여 강판을 제조하는 기술을 제시하고 있다. 그러나, 상기 기술들 역시 Cu계 석출물에 의한 도금 강판의 합금화 불량 문제 및 용접성의 저하 문제가 존재하여 현장 적용에 문제점이 존재한다.
그리고 상기 종래 기술들은 공통적으로 고가의 합금원소를 다량 첨가해야 하는 것을 그 내용으로 하고 있는바, 강판의 제조 원가가 상승한다는 문제점을 가진다.
본 발명은 석출강화와 고용강화원소를 동시에 활용함으로써 종래 기술들의 문제점을 해결함과 동시에 인장강도는 크고 편차가 적은 고강도 용융도금강판 및 그 제조방법을 보다 경제적으로 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 중량%로 C:0.08~0.15%, Si:0.01~0.3%, Mn:1.0~2.0%, sol.Al:0.02~0.1%, Sb:0.005~1.0%를 포함하고, Mo:0.05~0.3%, B:0.0002~0.002% 또 는 이들의 혼합물을 포함하며, 잔부는 Fe 및 기타 불순물로 구성된 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판에 관한 것이다.
나아가 본 발명은, 상술한 성분의 강 슬라브를, 1150~1250℃로 가열한 후, 880~920℃에서 열간 마무리 압연하는 단계; 580~640℃의 온도 범위에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 산세 처리한 후, 압하율 55~90%로 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연에 의한 냉연 강판을 750~830℃에서 재결정 소둔 처리하는 단계; 및 상기 소둔 처리된 냉연 강판을 450~600℃에서 용융도금한 후, 3~20℃/sec로 냉각하고 0.3~0.7% 압하율로 조질 압연하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명자는 종래기술의 문제점을 개선시키기 위하여 연구 및 실험을 행한 결과, 성분계 조건, 압연 조건 및 열처리 조건을 본 발명의 내용처럼 적절히 조절하여 강재의 미세 조직의 분율을 제어하면 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판을 경제적으로 제조할 수 있다는 사실을 알게 되었다.
이하 본 발명의 성분 조건에 관하여 상세히 설명한다. 단, 합금 원소의 함량은 중량%이다.
C는 석출물 형성 원소로 중요한 역할을 한다. C의 함량이 0.08% 미만일 경우 세멘타이트(Cementitte)나 펄라이트(Pearlite)의 생성이 빨라지므로 인장강도의 확보가 어려워진다. 반면, C의 함량이 0.15%를 초과하게 되면 제강 연주 공정에서 주편 크랙(Crack)이 발생할 가능성이 높아지고, 냉간압연시 압연부하가 커지며 소둔 후 냉각시 마르텐사이트(Martensite) 조직이 형성되어 복합 조직의 형태를 이루므로 기계적 성질이 저하될 수 있다. 따라서, C의 함량은 0.08~0.15%로 제한한다.
Si은 탈산 및 고용강화에 의한 강도 향상을 위하여 0.01% 이상을 첨가해야 하나, 0.3%를 초과하는 경우에는 연속소둔시 산화물이 강판 표면에 농화되어 표면 결함을 유발할 우려가 있으므로, 그 함량은 0.01~0.3%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mn은 오스테나이트(Austenite)의 안정화 원소로 도금욕에 침적할 때까지 오스테나이트(Austenite)가 마르텐사이트 (Martensite)로 변태하는 것을 방지하기 위하여 1.0% 이상 첨가한다. 그러나 첨가량이 과다하여 2.0%를 초과하게 되면 목적하는 강도는 확보되나 연신율이 급격히 감소하므로, 소둔시 Mn 산화물의 강판 표면으로의 용출이 심해지고, 표면 청정도 및 내산화성이 저하된다. 따라서, Mn의 함량은 1.0~2.0%로 제한한다.
P, S 및 N은 강중 불순물로서 불가피하게 첨가되는 원소들이므로 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다.
Al은 탈산을 위해서 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.02% 미만의 경우 그 첨가효과를 충분히 얻을 수 없고 용접성 저하의 요인이 되므로 0.02% 이상 첨가하며, 반면에 0.1%를 초과하여 첨가하는 경우에는 제강 연주 조업시 개재물의 과다 형성으로 인한 강판 표면의 불량 발생 가능성이 높아질 뿐만 아니라, 제조 원가가 상승하는 문제점이 존재하므로, 그 함량은 0.02~0.1%로 제한한다.
Sb는 본 발명에서 매우 중요한 성분으로 0.005~1.0% 첨가하는데, Sb는 MnO, SiO2, Al2O3 등의 표면 농화를 억제하며, 온도 상승 및 열연 공정 변화에 따른 표면 농화물의 조대화를 억제하는데 탁월한 효과가 있으므로 첨가한다. 그러나 Sb의 함량이 0.005% 미만인 경우에는 상술한 효과를 얻기 힘들며, 반면에 Sb의 함량이 1.0%를 초과하면 더이상 나은 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 제조 비용 및 가공성이 저하되는바, 상기 범위로 Sb의 함량을 제한한다.
Mo 및 B은 일반적으로 담금질성을 증가시키는 원소로 알려져 있으며, 냉각 도중 베이나이트 변태가 일어나는 것을 억제하고, 실온까지 냉각시킨 후에 마르텐사이트(Martensite) 및 잔류 오스테나이트(Austenite)가 페라이트(Ferrite) 중에 혼재하여 금속조직으로되는 것을 용이하도록 Mo 및/또는 B를 각각 0.05% 이상 또는 0.0002% 이상 첨가한다. 하지만, Mo 및/또는 B의 첨가량이 각각 0.3%를 초과하거나 또는 0.002%를 초과하면 충분한 페라이트(Ferrite) 체적 분율이 성장하지 않기 때문에 오히려 마르텐사이트(Martensite) 체적 분율이 증가하게 되어 충분한 인장강도를 얻을수 없게 되므로, Mo를 0.05~0.3% 및/또는 B를 0.0002~0.002% 첨가한다.
Cr, Ni 및 Ca는 세립화 원소로 이들 중 1종 또는 2종 이상을 0.05% 이상 첨가하면 마르텐사이트(Martensite) 및 잔류 오스테나이트(Austenite)의 체적 분율이 큰 경우라도 가공성 열화를 억제할수 있게 된다. 그러나 Cr, Ni 및 Ca 중 1종 또는 2종 이상의 첨가량이 0.6%를 초과하는 경우 더이상 그 효과가 상승하지 않으므로 0.05~0.6%를 첨가한다.
이하 본 발명의 제조 조건에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 냉연강판은 상술한 바와 같이 조성되는 강 슬라브에 대해 열간압연 과정, 냉간압연 과정 및 연속소둔 과정을 통해 제조된다.
먼저 상술한 바와 같은 성분의 강 슬라브를 Nb의 완전 고용과 열간압연시 부하 경감을 위하여 1150~1250℃로 가열하고 880~920℃에서 열간 마무리 압연한다. 만일 마무리 압연 온도가 920℃를 초과한다면 열간 마무리 압연시 결정립의 크기가 커지므로 항복강도가 저하될 수 있다.
그리고나서, 580~640℃의 온도 범위에서 권취하여 열연강판을 제조한다. 만일 권취온도가 580℃ 미만인 경우에는 고용 C를 완전히 석출하지 못하여 석출강화 효과가 떨어질 뿐만 아니라 권취시 판 형상 불량의 문제가 나타날 수 있다. 반면, 권취온도가 640℃를 초과하게 되면 석출물이 조대화 될 수 있어 역시 석출강화 효과가 크지 않아 항복강도가 저하될 수 있다.
상술한 바와 같이 제조된 열연강판은 산세처리한 후 냉간압연 한다. 여기에서 냉간압연의 압하율은 55~90% 이상으로 하는데, 냉간압하율이 55% 미만일 경우에는 석출물 핵생성을 위한 임계 핵생성 사이트의 감소로 충분한 석출물이 형성되지 않아 재결정온도가 상승하고 강판의 재질편차가 커지는 문제점이 있는 반면, 90%를 초과하는 경우에는 막대한 냉연부하가 발생하므로 압하율을 상술한 바와 같이 제한한다.
다음으로 냉연강판을 연속 소둔 라인에서 재결정온도 이상으로 소둔 열처리한다. 재결정 소둔은 750~830℃에서 행하는 것이 바람직하다. 소둔 온도가 750℃ 미만, 즉 미재결정 영역일 경우에는 코일내 재질 편차가 매우 높아져 강판을 실용화하는데 문제가 있으며, 830℃를 초과하는 조건에서는 고온 소둔에 의한 석출물 조대화가 발생할 수 있으므로 충분한 석출 효과가 나타나지 않게 되어 항복강도가 기준에 미달되는 경우가 발생할 수 있으므로 소둔 온도 조건은 750~830℃로 제한한다.
그리고 용융도금은 일반적인 온도인 450~600℃에서 수행하고, 도금한 후 3~20℃/sec로 냉각한 후 0.3~0.7% 압하율로 조질 압연하여 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판을 최종 생산할 수 있게 된다.
본 발명의 조직 분율은 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트로 구성됨을 특징으로 마르텐사이트 분율이 30~45% 조직을 갖는 것이 바람직하다. 마르텐사이트 분율 30% 미만에서는 본 발명에서 목표로 하는 높은 인장강도를 확보할 수 없고, 45% 이상에서는 연신율이 부족하여 가공성이 우수한 효과를 기대할수 없다. 또 베이나트 분율은 마르텐사이트의 인장강도 향상효과를 크제 저해하지 않으면서 연신율을 확보할수 있는 조직으로 5% 이하가 바람직한 범위로 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
하기 표1(발명강 및 비교강의 소강 성분 목표치 : 단위 wt％)과 같이 조성되는 강 슬라브에 하기 표2(발명강 및 비교강의 열연, 냉연소둔 제조 조건)와 같은 조건으로 열간압연 과정, 냉간압연 과정, 용융도금 과정 및 조질압연 과정을 수행한 후, 조직분율 및 인장강도를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
표 2의 조건 이외의 공정은 종래의 통상적인 방법에 따라 행하였으며 기계적 특성값은 인장시험 시편이 압연 방향과 평행인 시편에 대한 값이다.
구분 C Si Mn Al Sb Mo B Cr Ni Ca 구분
A 0.095 0.07 1.15 0.08 0.12 0.06 0.0005 0.13 0.14 0.17 발 명 강
B 0.105 0.14 1.35 0.07 0.23 0.07 0.0002 - - -
C 0.115 0.21 1.67 0.03 0.76 0.28 0.0004 - - -
D 0.148 0.22 1.97 0.02 0.94 0.09 0.0015 0.35 0.33 0.39
E 0.132 0.11 1.73 0.09 0.27 0.08 0.0007 0.21 0.44 0.31
F 0.127 0.16 1.30 0.08 0.45 0.16 0.0008 0.44 0.40 0.33
G 0.111 0.07 1.10 0.09 0.33 0.18 0.0010 - 0.22 -
H 0.120 0.17 1.71 0.07 0.97 0.11 0.0012 - 0.41 -
I 0.096 0.15 1.66 0.07 0.85 0.21 0.0007 0.25 - -
J 0.085 0.10 1.21 0.03 0.75 0.19 0.0006 0.45 - -
K 0.103 0.03 1.45 0.02 0.41 0.10 0.0012 - 0.27
L 0.112 0.05 1.12 0.05 0.44 0.08 0.0060 - 0.44
M 0.052 0.12 2.24 0.040 - 0.03 - - - - 비 교 강
N 0.080 0.04 1.83 0.035 - 0.02 - - - -
O 0.087 0.17 2.19 0.05 - 0.03 - - - -
P 0.096 0.13 2.37 0.023 - 0.03 - - - -
구분 가열 온도 압연 온도 권취 온도 소둔온도 냉각 속도 냉간 압하율 조질 압연 압하율 페라 이트 체적 분율 마르텐 사이트 체적 분율 TS (Mpa) 연 신 율 평 가 구 분
A 1175 887 597 777 4℃/초 56 0.4 50 39 515 양호 ○ 발 명 강
B 1215 901 604 797 15℃/초 55 0.7 60 38 657 양호 ◎
C 1215 904 610 794 17℃/초 59 0.4 57 40 697 양호 ◎
D 1167 905 621 811 17℃/초 75 0.4 57 42 974 양호 ◎
E 1203 910 612 805 19℃/초 67 0.5 50 41 992 양호 ◎
F 1190 905 611 812 13℃/초 55 0.4 60 39 782 양호 ◎
G 1167 911 589 767 19℃/초 67 0.4 54 42 882 양호 ◎
H 1234 913 588 812 18℃/초 87 0.7 53 43 792 양호 ◎
I 1207 902 601 823 10℃/초 66 0.6 61 35 901 양호 ◎
J 1178 899 611 772 11℃/초 64 0.6 55 42 922 양호 ◎
K 1198 898 623 783 17℃/초 62 0.5 62 36 791 양호 ◎
L 1205 917 614 801 9℃/초 63 0.4 56 41 801 양호 ◎
M 1189 921 597 798 10℃/초 87 0.6 50 47 999 불량 x 비 교 강
N 1235 910 584 767 29℃/초 86 0.8 49 49 978 불량 x
O 1256 876 583 794 11℃/초 71 0.4 90 7 442 양호 ○
P 1145 905 590 777 4℃/초 65 0.5 63 30 513 양호 ○
상술한 바와 같이, 본 발명의 용융도금강판에는 Sb를 첨가함으로써 표면 농화물의 조대화를 효과적으로 억제할 수 있어 안정적인 표면 품질을 확보할 수 있으며 또한, Mo 및 B의 첨가로 인장강도를 향상시킬 수 있고 마르텐사이트 및 베이나이트 분율을 제어함으로서 높은 인장강도 및 연신율을 동시에 확보할수 있고, 고가의 합금원소를 소량 첨가 함에 다라 산업상, 경제적으로 활용가치가 높은 강판을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 중량%로 C:0.08~0.15%, Si:0.01~0.3%, Mn:1.0~2.0%, sol.Al:0.02~0.1%, Sb:0.005~1.0%, Mo:0.05~0.3%, B:0.0002~0.002% 및 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하며,
    미세 조직은 체적 분율로 30~45%의 마르텐사이트(Martensite)를 포함하고, 잔부 페라이트로 이루어지며, 5% 이하(0%는 제외)의 베이나이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융도금강판은 중량%로 Cr, Ni 및 Ca 로 구성되는 그룹으로부터 선택되어진 1종 또는 2종이상의 성분이 0.05~0.6% 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항의 성분으로 구성되는 강 슬라브를, 1150~1250℃로 가열한 후, 880~920℃에서 열간 마무리 압연하는 단계;
    580~640℃의 온도 범위에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 산세 처리한 후, 압하율 55~90%로 냉간 압연하여 냉연 강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연 강판을 750~830℃에서 재결정 소둔 처리하는 단계; 및
    상기 소둔 처리된 냉연 강판을 450~600℃에서 용융도금한 후, 3~20℃/sec로 냉각하고 0.3~0.7% 압하율로 조질 압연하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 용융도금강판의 제조방법.
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