KR101106514B1

KR101106514B1 - 고장력 냉연 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101106514B1
Application number: KR1020097017787A
Authority: KR
Inventors: 고헤이 하세가와; 다다시 이노우에; 다카마사 가와이; 유키오 기무라
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2012-01-20
Also published as: EP2116311A4; KR20090114417A; TWI388383B; JP5352995B2; WO2008108044A1; CN101622080B; EP2116311A1; TW200840661A; US20100035079A1; JP2008238268A; EP2116311B1; CN101622080A

Abstract

고장력 냉연 강판에 있어서, 표면의 기하학 형상을, 조도 단면 곡선의 여파 굴곡 곡선으로부터의 괴리가 ±2 ㎛ 이하인 평탄부와, 여파 굴곡 곡선으로부터의 최대 깊이가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 오목부로 이루어지고, 오목부의 평균 면적이 0.01 ㎟ 초과 0.2 ㎟ 이하, 오목부의 면적률이 5 % 이상 20 % 미만이 되도록 제어함으로써, 연속하여 프레스 성형을 실시해도, 형 마모의 발생을 확실하게 억제할 수 있는 인장 강도 340 MPa 이상의 고장력 냉연 강판을 얻는다.

고장력 냉연 강판.

Description

고장력 냉연 강판 및 그 제조 방법{HIGH TENSILE COLD ROLLED STEEL PLATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE COLD ROLLED STEEL PLATE}

본 발명은, 내형(型)마모성 (galling prevention properties) 이 우수한 고장력 냉연 강판, 특히, 강판 표면의 기하학 형상 (surface texture) 을 제어함으로써 내형마모성의 향상이 도모되는 인장 강도 (TS) 340 MPa 이상의 고장력 냉연 강판, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

냉연 강판은, 일반적으로, 프레스 성형 (press forming) 등에 의해 원하는 형상으로 성형되어, 자동차 부품이나 가전 부품 (electric appliance parts) 등으로서 널리 사용되고 있다. 이 때, 대량의 냉연 강판을 연속하여 프레스 성형하면, 금형과 냉연 강판의 응착 (metal transfer) 에서 기인하는 슬라이딩 저항 (friction) 의 증가에 의해 형 마모가 발생하여, 금형의 파손이나 성형 불량 (fracture in press-forming) 등을 일으키는 경우가 있다. 특히, 최근, 부품 경량화 (weight reduction) 를 위해서 그 사용량이 증대되고 있는 고장력 강판에서는, 프레스 성형시에 금형 (stamping tools) 과 강판의 접촉면압 (contact pressure) 이 높아지므로, 형 마모가 발생하기 쉬워진다. 그래서, 형 마모의 발생을 억제하기 위한, 강판이나 금형의 재질을 제어하는 방법, 강판 표면의 기하 학 형상을 제어하는 방법, 강판 표면의 산화막을 제어하는 방법, 윤활유의 점도를 최적화하는 방법, 강판 표면을 가공 경화 (work hardening) 시키는 방법 등이 제안되어 있다.

그 중에서도, 강판 표면의 기하학 형상을 제어하는 방법은, 강철 본래의 성형성을 저해시키지 않고, 또, 부가적인 제조 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 여러 검토가 이루어지고 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평2-163344호 (특허문헌 1) 에는, 강판 표면의 볼록부 면적률 (fraction of swelling area) 을 20 ∼ 60 % 로 하고, 또한 볼록부 1 개당의 평균 면적 (avarage area) 을 2 × 10⁴ ∼ 10⁵ (μ㎡) 로 제어하는 방법이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 평2-163345호 (특허문헌 2) 에는, 강판의 표면 조도 (surface roughness ; SRa) 를 항복 응력 (YS) 에 따라 SRa

(32.4/YS [kgf/㎟])-1.1 로 제어하는 방법이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 평5-261401호 (특허문헌 3), 일본 공개특허공보 평6-218403호 (특허문헌 4), 일본 공개특허공보 평6-87001호 (특허문헌 5), 일본 공개특허공보 평6-87002호 (특허문헌 6), 일본 공개특허공보 평6-87003호 (특허문헌 7), 일본 공개특허공보 평6-91305호 (특허문헌 8) 및 일본 공개특허공보 평6-116745호 (특허문헌 9) 에는, 강판 표면의 오목부 (dented area) 깊이를 판 두께의 0.5 ∼ 10 %, 오목부의 합계 체적을 강판 표면 1 ㎟ 당 0.8 × 10⁶ μ㎥ 이상, 오목부 합계 면적을 0.2 ㎟ 로 하고, 또한 이들 오목부의 배치를 여러 가지로 제어하는 방법이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 평9-29304호 (특허문헌 10) 에는, 평균 조도 (average roughness ; Ra) 가 0.2 ∼ 0.4 ㎛ 인 평탄부 (flat area) 로부터, 깊이가 10 ∼ 30 ㎛ 의 오목부를 형성하고, 또한 개개의 오목부의 면적을 0.0001 ∼ 0.01 ㎟ 로 하여, 오목부 면적률을 5 ∼ 30 % 로 제어하는 방법이 개시되어 있다.

또, 도장 후 선명성 (distinctness) 을 목적으로 하여, 강판 표면의 기하학 형상을 제어하는 방법도 제안되어 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 소63-111156호 (특허문헌 11) 에는, 표면 볼록부의 평탄도 (flatness ; P) 를 0 ∼ 0.2 로 하고, 중심면 평균 골짜기 높이 (average maximum profile vallay depth ; Rv) 를 0.1 ㎛ 이상으로 제어하는 방법이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 평6-91303호 (특허문헌 12) 에는, 강판 표면의 평균 굴곡 (average waviness ; Wca), 평균 조도 (Ra) 를 각각 0.6 ㎛ 이하, 10 점 평균 조도 (ten point height of irregu1arites ; Rz) 가 3 ㎛ 이하인 평탄부를 20 ∼ 80 % 로 하고, 깊이 2 ㎛ 이상의 오목부의 최근접 간격을 10 ∼ 200 ㎛ 로 제어하는 방법이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 평6-210364호 (특허문헌 13) 에는, 강판 표면의 평균 굴곡을 0.6 ㎛ 이하, 펀치면 (punch surface) 10 점 평균 조도를 10 ㎛ 이상, 다이스면 (die surface) 평균 조도 (Ra) 를 0.4 ㎛ 이상으로 하고, 또한 평탄부 면적률을 40 % 이상으로 제어하는 방법이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 평9-118918호 (특허문헌 14) 에는, 강판 표면의 평균 조도 (Ra) 를 0.8 ㎛ 이하, 최대 조도 (Rmax) 를 4.0 ㎛ 이하, Rv/Rmax 를 0.7 이하로 제어하는 방법이 개시되어 있다 (Rv : maximum profile valley depth). 일본 공개특허공보 평10-24301호 (특허문헌 15) 에는, 최대 조도 (Rmax) 를 4.0 ㎛ 이하, 또한 Rv/Rmax 를 0.6 이상으로 제어하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 후술하는 실시예에서 서술하는 형 마모성의 평가시에는, 일본 공개특허공보 2005-240148호 (특허문헌 16) 에 기재된 장치 등을 채용하였다.

발명의 개시

〔발명이 해결하고자 하는 과제〕

그러나, 특허문헌 1 ∼ 9 에 기재된 방법은, 연질 강판 (mild steel sheet) 을 대상으로 하고 있어, 프레스 성형시에 금형과 강판의 접촉면압이 높아지는 고장력 강판, 특히, 인장 강도 340 MPa 이상의 고장력 냉연 강판에 적용하면, 반드시 형 마모의 발생을 억제할 수 있다고는 할 수 없다. 또, 특허문헌 10 ∼ 15 에 기재된 방법에 의해서도, 접촉면압이 높아지는 동일한 고장력 강판에 대해서는, 형 마모의 발생을 효과적으로 억제할 수 없다.

본 발명은, 연속하여 프레스 성형을 실시해도, 형 마모의 발생을 확실하게 억제할 수 있는 인장 강도 340 MPa 이상의 고장력 냉연 강판, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

〔과제를 해결하기 위한 수단〕

상기 목적은, 조도 단면 곡선 (roughness profile) 의 여파 굴곡 곡선 (filtered waviness culve) 으로부터의 괴리 (deviation) 가 ±2 ㎛ 이하인 평탄부와, 여파 굴곡 곡선으로부터의 최대 깊이가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 오목부로 이루어지는 (comprising) 기하학 형상을 표면에 갖고, 상기 오목부의 평균 면적이 0.01 ㎟ 초과 0.2 ㎟ 이하, 상기 오목부의 면적률이 5 % 이상 20 % 미만인 것을 특징으로 하는 내형마모성이 우수한 고장력 냉연 강판에 의해 달성된다.

본 발명의 고장력 냉연 강판은, 열간 압연 후의 강판을 냉간 압연하는 공정과, 냉간 압연 후의 강판을 소둔하는 공정을 갖는 고장력 냉연 강판의 제조 방법으로서, 상기 냉간 압연 공정에 있어서, 표면의 중심선 산 높이 (maximum profile peak height ; Rp) 가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 중핵 깊이 조도 (DIN : Kernrauhtiefe ; Rk) 가 10 ㎛ 이상인 워크 롤 (wolk roll) 을 사용하여 압하율 (rolling reduction) 5 % 이상의 냉간 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 내형마모성이 우수한 고장력 냉연 강판의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

본 발명의 고장력 냉연 강판은 또, 열간 압연 후의 강판을 냉간 압연하는 공정과, 냉간 압연 후의 강판을 소둔하는 공정을 갖는 고장력 냉연 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 소둔 공정 후에, 표면의 중심선 산 높이 (Rp) 가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 중핵 깊이 조도 (Rk) 가 10 ㎛ 이상인 워크 롤을 사용하여 신장률 (elongation) 0.10 % 이상의 조질 압연 (temper rolling) 을 실시하는 것을 특징으로 하는 내형마모성이 우수한 고장력 냉연 강판의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

도 1 은, 강판 표면의 단면 곡선 및 여파 굴곡 곡선의 모식도이다.

도 2 는, 중심선 산 높이 (Rp) 의 측정 방법을 설명하는 모식도이다.

도 3 은, 중핵 깊이 조도 (Rk) 의 측정 방법을 설명하는 모식도이다.

도 4 는, 표면 3 차원 형상 측정 기능 (3-dimensional sulface texture analyzer) 이 부여된 주사형 전자 현미경을 사용한 측정 결과의 일례 (색조와 깊이의 관계) 를 나타내는 도면이다.

〔부호의 설명〕

1 : 단면 곡선

2 : 여파 굴곡 곡선

3 : (여파 굴곡 곡선 ＋2 ㎛) 를 나타내는 곡선

4 : (여파 굴곡 곡선 －2 ㎛) 를 나타내는 곡선

5 : 오목부 (단면)

6 : 조도 곡선

7 : 조도 곡선의 중심선

8 : 조도 곡선에 있어서의 기준 길이 내의 최고의 산 (山)

9 : 특수 필터 처리 후의 조도 곡선

10 : 부하 곡선

11 : 최소 경사 직선

12 : 평탄부 (SEM 이미지)

13 : 오목부 (SEM 이미지)

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

(고장력 냉연 강판)

(표면의 기하학 형상)

프레스 성형에 있어서의 내형마모성은, 강판 표면의 오목부에 윤활유를 유지하여, 금형과 강판의 응착을 방지함으로써 향상시킬 수 있다. 그러나, 고장력 냉연 강판에서는, 강판 표면의 프레스 성형시에 있어서의 미크로한 소성 (塑性) 변형량이 연질 강판과 비교하면 작고, 또, 금형과의 접촉면압이 연질 강판과 비교하여 현저하게 높아지므로, 지금까지의 연질 강판과 동일한 표면의 기하학 형상으로 해서는, 내형마모성의 향상이 도모되지 않는다.

그러나, 본 발명자들은, 조도 단면 곡선의 여파 굴곡 곡선으로부터의 괴리가 ±2 ㎛ 이하인 평탄부와, 여파 굴곡 곡선으로부터의 최대 깊이가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 오목부를 구비한 기하학 형상의 표면을 갖고, 오목부의 평균 면적이 0.01 ㎟ 초과 0.2 ㎟ 이하, 오목부의 면적률이 5 % 이상 20 % 미만인 기하학 형상의 표면으로 하면, 고장력 냉연 강판에 있어서 형 마모의 발생을 확실하게 억제할 수 있는 것을 알아내었다. 이하에, 그 상세한 내용을 설명한다.

1) 조도 단면 곡선의 여파 굴곡 곡선으로부터의 괴리가 ±2 ㎛ 이하인 평탄부의 존재

프레스 성형에 있어서 강판 표면에 보유되는 윤활유의 양 (이하, 보유량 (lubricant holding ability) 이라고 부른다) 은, 강판과 금형에 의한 윤활유의 밀봉성 (sealing property) 과 강판 표면의 오목부의 체적에 의존한다. 강판과 금형에 의한 윤활유의 밀봉성은, 강판 표면의 평탄부의 유무나 상태에 의존한다. 평탄부는 일반적으로 중심선으로부터의 괴리의 정도에 의해 판단되지만, 본 발명 자들이 얻은 지견에 의하면, 형 (型) 으로부터 받는 면압이 큰 고장력 강판에서는, 평탄부를 일반적인 정의가 아니라, 여파 굴곡 곡선을 기준으로 하여 평가하는 것이 바람직하다. 즉, 도 1 (가로 방향은 측정 방향, 세로 방향은 높이 방향에 해당된다) 에 나타내는 바와 같이, 강판 표면의 단면 곡선 (1) 에 있어서 조도 단면 곡선의 여파 굴곡 곡선 (2) 으로부터의 괴리가 ±2 ㎛ 가 되는 곳 (즉, 단면 곡선 (1) 이 「여파 굴곡 곡선 ＋2 ㎛」를 나타내는 곡선 (3) 과 「여파 굴곡 곡선 －2 ㎛」를 나타내는 곡선 (4) 사이에 포함되는 영역) 이 존재하면, 그 부분을 평탄부로서 취급할 수 있어, 윤활유의 밀봉성을 확보할 수 있다. 여기에서, 여파 굴곡 곡선은, 단면 곡선의 단 (短) 주기 성분을 제거한 곡선으로, JIS BO601, B0610-1987 에 준거하여, 컷오프 값 0.8 mm 또는 2.5 mm 로 측정된다.

여파 굴곡 곡선의 파장 및 진폭은 특별히 한정되지 않지만, 각각 10 ∼ 100 mm 정도, 10 ㎛ 이하가 바람직하다.

2) 여파 굴곡 곡선으로부터의 최대 깊이가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 오목부의 존재, 오목부의 평균 면적 : 0.01 ㎟ 초과 0.2 ㎟ 이하

본 발명에 있어서는 오목부도, 여파 굴곡 곡선에 기초하여 정의된다. 즉, 보유량을 결정하는 다른 하나의 인자인 오목부 (5 ; 도 1 참조) 의 체적은, 여파 굴곡 곡선으로부터의 최대 깊이 (오목부의 깊이) 와 오목부의 면적에 의해 정해진다.

이 때, 최대 깊이가 10 ㎛ 미만에서는 충분한 보유량이 얻어지지 않고, 50 ㎛ 를 초과하면 성형시에 오목부가 균열의 기점이 되므로, 여파 굴곡 곡선으로부터 의 최대 깊이는 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 할 필요가 있다. 또, 오목부의 평균 면적이 0.01 ㎟ 이하일 때에는 충분한 보유량이 얻어지지 않고, 0.2 ㎟ 를 초과하면, 고장력 강판에 있어서도, 강판과 금형의 밀착에 의한 윤활유의 밀봉성이 저하되어 충분한 보유량이 얻어지지 않게 되므로, 오목부의 평균 면적은 0.01 ㎟ 초과 0.2 ㎟ 이하로 할 필요가 있다. 또한, 여기에서 말하는 오목부의 평균 면적이란, 오목한 부분에 의해 잘려진, 여파 굴곡 곡선을 포함하는 면의 평균 면적을 말한다. 또한, 오목부의 평균 면적은 0.012 ㎟ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.020 ㎟ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

3) 오목부의 면적률 : 5 % 이상 20 % 미만

내형마모성의 향상에는, 상기한 형상의 오목부를 어느 정도의 면적률로 존재시킬 필요가 있다. 오목부의 면적률이 5 % 미만에서는 충분한 보유량이 얻어지지 않고, 20 % 이상에서는 오목부에서의 윤활유의 밀봉성이 저하되어 충분한 보유량을 얻어지지 않게 되므로, 오목부의 면적률은 5 % 이상 20 % 미만으로 할 필요가 있다.

또한, 최대 깊이가 2 ㎛ 를 초과하고, 10 ㎛ 미만인 오목부는 상기의 내형마모성 향상의 효과를 갖지 않기 때문에, 평탄부에 준하는 것으로서 취급하지만, 이 면적률이 20 % 를 초과하면 최대 깊이 : 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하 오목부의 오목부의 보유 효과를 저해시키는 경우가 있으므로, 최대 깊이가 2 ㎛ 를 초과하고, 10 ㎛ 미만인 오목부의 면적률은 20 % 이하인 것이 바람직하다.

이상과 같이 여파 굴곡 곡선을 기준으로 하여 평탄도 및 오목부 (깊이, 면 적, 분포) 를 적정한 범위로 설정함으로써, 강판 표면을 높은 조도로 하면서, 효과적으로 보유량을 확보하도록 설계할 수 있다.

또한, 바람직한 고장력 강판의 예를 이하에 나타낸다. 상기의 표면 기하학적 형상은 고장력 강판에 일반적으로 적용할 수 있지만, 이하의 조성 및 기계적 특성을 갖는 강판에 적용한 경우, 특히 우수한 효과를 발휘한다.

(화학 성분) (이하 질량% 로 나타낸다)

● C : 0.05 % 이상 0.2 % 이하

고장력 냉연 강판으로서 충분한 인장 강도를 얻기 위해서는, C 의 함유량을 0.05 % 이상으로 하는 것이 매우 효과적이다. 한편, 매우 양호한 스폿 용접성을 확보하기 위해서는, C 의 함유량을 0.2 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

● Si : 0.15 % 이상 2.0 % 이하

고장력 냉연 강판으로서 충분한 인장력을 얻기 위해서는, Si 의 함유량을 0.15 % 이상으로 하는 것이 매우 효과적이다. 또, Si 의 함유량을 0.15 % 이상으로 함으로써, 내형마모성을 더욱 현격히 개선할 수 있다. 이것은 냉연에 이어지는 소둔 공정에서 강판 표면에서 선택 산화된 Si 산화물이 강판과 프레스 금형의 응착을 억제하기 위한 것으로 생각할 수 있다. 이 효과를 더욱 높이기 위해서는, Si 의 함유량은 0.6 % 이상인 것이 바람직하다. 한편, 매우 양호한 화성 처리성을 확보하기 위해서는, Si 의 함유량을 2.0 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

● Mn : 0.9 % 이상 2.5 % 이하

고장력 냉연 강판으로서 충분한 인장 강도를 얻기 위해서는, Mn 의 함유량을 0.9 % 이상으로 하는 것이 매우 효과적이다. 한편, 매우 양호한 신장을 확보함으로써 우수한 프레스 성형성을 부여하는 관점에서는, Mn 의 함유량 2.5 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

● Al : 0.01 % 이상 0.1 % 이하

Al 은 탈산 원소로서 이용되는 경우가 많은 원소이다. 탈산을 목적으로 하는 경우에는, Al 을 0.01 % 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 0.1 % 를 초과하는 영역에서는 탈산 효과가 포화되므로, 첨가 비용의 관점에서는 0.1 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

● N : 0.005 % 이하

통상적인 고장력 냉연 강판에 있어서는, N 은 불순물 원소로 제강 공정에서 제거된다. 특히, 매우 양호한 신장을 확보함으로써 우수한 프레스 성형성을 부여하는 관점에서는, N 의 함유량을 0.005 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

잔부는 불가피한 불순물과 Fe 로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하의 원소는 임의로 선택하여 첨가할 수 있다.

● Ti, Nb, V 중 1 종 또는 2 종 이상 : 각각 0.01 % 이상 0.1 % 이하

Ti, Nb, V 는 탄화물의 석출에 의해 인장 강도를 상승시키는 효과가 있다. 그 효과를 이용하기 위해서는, 각각 0.01 % 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 각각 0.1 % 를 초과하면 효과가 포화될 뿐만아니라, 비용이 증가된다.

● Cr, Mo 중 1 종 또는 2 종 : 각각 0.1 % 이상 1 % 이하

Cr, Mo 는 담금질 강화 원소로, 그 효과를 이용하기 위해서는 각각 0.1 % 이 상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 매우 양호한 신장을 확보함으로써 우수한 프레스 성형성을 부여하는 관점에서는, 각각 1 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

● Cu, Ni 중 1 종 또는 2 종 : 각각 0.1 ∼ 1 %

Cu, Ni 는 고용 및 석출 강화 원소로, 그 효과를 이용하기 위해서는 각각 0.1 % 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 매우 양호한 신장을 확보함으로써 우수한 프레스 성형성을 부여하는 관점에서는, 각각 1 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

(기계적 특성)

● 인장 강도 (TS) : 바람직하게는 590 MPa 이상 1500 MPa 이하

본 발명의 표면의 기하학 형상은, TS : 340 MPa 이상의 고장력 냉연 강판에 문제없이 적용할 수 있지만, 특히 TS : 590 MPa 이상의 고장력 냉연 강판에 있어서, 현저한 형 마모 개선 효과를 얻을 수 있다. 또한 TS 는 780 MPa 이상으로 하는 것이 가장 바람직하여, 종래 달성할 수 없었던 양호한 형 마모 개선 효과를 얻을 수 있다. 그 이유로서, 재료 강도가 높아짐으로써, 본 발명의 특징인 기하학적 형상을 고 (高) 면압의 성형화에 의해 안정적으로 유지할 수 있는 것으로 생각할 수 있다.

또, 용도의 관점에서도, 최근 요구되는 자동차 등 기계 구조 부품의 부재 강도 상승 및 경량화의 요구에 충분히 부응하기 위해서는, TS : 590 MPa 이상으로 하는 것이 바람직하고, 780 MPa 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 우수한 신장이나 용접성을 확보하는 관점에서는 TS : 1500 MPa 이하로 하는 것이 바람직하다.

(제조 방법)

(바람직한 제조 조건)

이하, 본 발명의 고장력 강판의 바람직한 제조 방법을 서술한다.

강괴를 주조하고, 그 후 열간 압연 및 냉간 압연을 실시한다. 강괴의 조성은 상기한 것이 바람직하다. 그 후, 소둔을 실시하지만, 소둔 후에는 담금질 등의 급랭에 의한 강화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 소둔은 상자 소둔 또는 연속 소둔으로 실시한다.

소둔에 있어서의 열처리 온도 및 시간은, 연속 소둔로인 경우에는 750 ∼ 890 ℃ 에서 10 ∼ 500 sec, 상자 소둔로인 경우에는 650 ∼ 750 ℃ 에서 1 ∼ 30 hr 로 하는 것이 바람직하다. 인장 강도 590 MPa 이상의 높은 강도를 달성하기 위해서는, 열처리 방법은 연속 소둔인 것이 바람직하고, 상기 열처리 온도로부터 300 ℃ 이하까지의 냉각 속도는 -100 ℃/sec 이상이 바람직하다.

소둔 공정에 있어서의 분위기 가스는, 질소를 주체로 하여, 3 ∼ 15 체적% 의 수소를 함유하고, 노점 -20 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 이것은, 분위기의 산소 포텐셜을 적정으로 하여, 강판의 표면에 Si 나 Al 등 (각각 상기 범위로 함유하는 경우) 의 고융점의 산화물을 생성시켜, 프레스 성형에 있어서, 프레스 금형과 강판 표면의 응착을 억제하기 위함이다. 열처리 후, 염산 또는 황산으로 Mn 나 Fe 등의 저융점 산화물을 제거하는 것이 바람직하다. 산세 시간 (침지 시간) 은 5 ∼ 60 초 정도가 바람직하다. 이것은, 프레스 성형에 있어서, 프레스 금 형과 강판 표면의 저융점 산화물의 응착을 억제하기 위함이다. 이와 같은 제거 작업에 의해, 상기 Si, Al 등의 고융점 산화물의 효과는 더욱 향상된다. 또한, 산세 욕 온도는 통상적인 40 ∼ 90 ℃ 정도로 하는 것이 바람직하다.

용융 아연 도금, 전기 아연 도금, Ni 플래시 도금 등의 표면 처리 후를 실시해도, 본 발명의 특징인 강판 표면의 기하학 형상의 효과는 변함없다. 단, 강판 표면의 산화물 제어에 의한 응착 억제 효과를 최대한 발휘할 수 없게 된다.

(강판 표면의 기하학 형상의 부여 방법)

본 발명의 고장력 냉연 강판은, 상기와 같이 강도에 따른 조성의 강을 열간 압연 후, 냉간 압연, 소둔함으로써 제조되지만, 냉간 압연시, 혹은 소둔 (급랭 처리를 포함할 수 있다) 후의 조질 압연시에, 원하는 표면의 기하학 형상을 갖는 워크 롤을 사용하고, 압하율이나 신장률을 조정함으로써, 상기한 기하학 형상을 강판 표면에 부여할 수 있다.

즉, 표면의 중심선 산 높이 (Rp) 가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 중핵 깊이 조도 (Rk) 가 10 ㎛ 이상인 기하학 형상의 워크 롤을 사용하고, 냉간 압연의 경우에는 압하율 5 % 이상에서, 조질 압연의 경우에는 신장률 0.10 % 이상에서 압연한다. 상기 기하학 형상을 표면에 갖는 워크 롤을, 표면 조정용 워크 롤이라고 부르는 것으로 한다.

여기에서, Rp 는 IS04287/1 에 준거하여, 도 2 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 측정된다. 즉, 조도 곡선 (6 ; roughness profile : 단면 곡선으로부터 소정의 파장 (0.8 mm) 보다 긴 표면 굴곡 성분을, 위상 보상형 고역 필터로 제거한 곡선 : JIS B0601-1982) 으로부터 기준 길이 (evaluatlon length : JIS B0601-1982; 2.5 mm) 를 선택하여 빼낸다 (도 2 중의 X 는 측정 방향, Z 는 높이를 나타낸다). 조도 곡선 (6) 의 중심선 (7) 과, 선택 범위 내에서 최고의 산 (8) 의 높이 (최고점) 를 통과하고 상기 중심선 (7) 에 평행한 직선의 간격이 Rp 이다. Rp 는 강판 표면에 기하학 형상을 부여하기 위한 본질적인 지표로서, Rp 가 10 ㎛ 미만일 때에는 강판 표면에 필요한 기하학 형상을 부여할 수 없다. 한편, Rp 가 50 ㎛ 를 초과하면 강판 표면의 오목부의 깊이가 너무 커져, 내형마모성이 열화된다. 또 Rp 가 50 ㎛ 를 초과하면 워크 롤의 수명도 짧아진다.

한편, Rk 는, 독일 규격 DIN4776-1990 에 준거하여, 도 3 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 측정된다 (IS013565 에 유사). 즉, 특수 필터 처리 (가우시안 필터 처리) 를 실시하여 얻어진 조도 곡선 (9 ; 도 3 좌측 : 가로 축은 측정 방향, 세로 축은 높이) 으로부터, 높이마다의 분율을 계산하고, 그 적산값 (실적 성분율) 의 곡선 (부하 곡선 (10)) 을 얻는다 (도 3 우측 : 가로 축이 실적 성분율, 세로축은 높이 (절단 레벨 : Cutting level)). 부하 곡선 (10) 으로부터 40 % 의 폭을 갖는 영역으로서, 그 영역에 있어서의 부하 곡선의 양단을 잇는 직선의 기울기가 최소가 되는 영역을 선택한다 (도시 생략). 또, 이 영역에 있어서의 상기 직선을 최소 경사 직선 (11) 으로 한다. 최소 경사 직선 (11) 과 실적 성분 비율 0 % 및 100 % 선의 교점을 a 및 b 로 하고, a 와 b 의 높이의 차를 Rk 로 한다.

Rk 는 롤 수명을 제어하기 위한 본질적인 지표로서, Rk 가 10 ㎛ 미만에서는 워크 롤의 수명이 짧아져, 안정적으로 강판 표면에 필요한 기하학 형상을 부여할 수 없다. 또한, Rk 는 30 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 조건을 만족시키는 워크 롤 표면의 평균 조도 (Ra) 는 대체로 3 ∼ 10 ㎛ 가 되지만, 이것은 본 발명의 목적을 달성하는 데 있어서의 충분한 조건이 되는 것은 아니고, 상기와 같은 Rp 와 Rk 의 조정이 필요하게 된다. 또한, 표면 조정용 워크 롤 표면의 기하학 형상은, 예를 들어 롤 표면을 방전 가공함으로써 부여할 수 있다. 방전 가공시에는, 가공 조건으로서, 가공 전류, 통전 시간을 각각 3 ∼ 10A, 10 ∼ 200μS 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 워크 롤의 표면의 기하학 형상의 측정은, (주) 토쿄 정밀 (TOKYO SEIMITSU C0., LTD.) 제조의 서프컴 (TM) 570A 를 사용하여 실시하고, Rp, Rk, Ra 에 대해서도 동 제품의 매뉴얼에 기초하여 산출하였다.

상기의 표면 조정용 워크 롤을 사용하고, 냉간 압연시에 강판 표면에 필요한 기하학 형상을 부여하는 경우에는 각각, 리버스 압연기 (reverse type cold-rolling mill) 를 사용하는 경우에는 1 패스 이상을, 또, 텐덤 압연기 (tandem cold-rolling mill) 를 사용하는 경우에는 1 스탠드 이상을, 상기 표면 조정용 워크 롤을 사용한 압하율 5 % 이상의 압연으로 한다. 1 패스 또는 1 스탠드에 있어서의 압하율이 5 % 미만일 때에는 강판 표면에 필요한 기하학 형상을 부여하기 어렵다. 또한, 상기 표면 조정용 워크 롤을 사용한 1 패스 또는 1 스탠드에 있어서의 압하율을 10 % 이상으로 하면 기하학 형상의 부여에 의한 내형마모성 개선 효과가 특히 커지므로, 압하율은 10 % 이상이 바람직하다.

또한, 냉간 압연시에는 특히 마지막 1 패스 이상 혹은 마지막 1 스탠드 이상을, 상기 표면 조정용 워크 롤을 사용하여 압연하는 것이 바람직하고, 특히 최종 패스 혹은 최종 스탠드에 있어서, 상기 5 % 이상, 바람직하게는 10 % 이상의 압하율로 압연하는 것이 바람직하다.

상기 표면 조정용 워크 롤을 사용하여 냉간 압연한 후의 강판은, 바람직하게는 상기의 적합 조건에서 소둔을 실시한다. 소둔 후에는, 그대로, 혹은 용융 아연 도금, 전기 아연 도금, Ni 플래시 도금 등의 표면 처리 후에, 신장률 0.1 ∼ 3.0 % 의 통상적인 조질 압연을 실시할 수도 있다. 이것은, 강판 표면에 본 발명의 기하학 형상을 부여한 경우, 주로 평탄부가 가공되는 통상적인 조질 압연에서는 강판 표면의 기하학 형상에 대한 영향이 매우 적기 때문이다. 이 때, 강판 표면의 기하학 형상에 대한 영향을 더욱 경미하게 하기 위해서는, 조질 압연의 워크 롤의 평균 표면 조도 (Ra) 는 2 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 소둔된 후에 상기의 표면 조정용 워크 롤을 사용하여 조질 압연함으로써, 강판 표면에 필요한 기하학 형상을 부여하는 경우에는, 신장률을 0.10 % 이상으로 한다. 0.10 % 미만의 신장률에서는 강판 표면에 필요한 기하학 형상을 부여하기 어렵다. 또한, 강판의 신장 확보의 관점에서, 신장률은 2 % 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 조질 압연에서는, 냉간 압연과 비교하여, 낮은 신장률 (압하율) 로 강판 표면에 필요한 기하학 형상을 부여할 수 있다. 조질 압연의 경우에는, 강판에 냉간 압연 변형이 축적된 상태에서 기하학 형상을 부여하는 냉간 압연과는 상이 하여, 강판이 소둔되어 있기 때문에 가공 변형이 개방되어 있어, 용이하게 기하학 형상을 부여할 수 있기 때문이다. 여기에서, 기하학적 형상을 바람직하게 부여할 수 있도록 가공 변형을 개방하고, 또한 강도를 확보하기 위해서는, 상기 소둔 조건을 채용하는 것이 특히 바람직하다.

〔실시예〕

(실시예 1)

실험실에서 제조한 판 두께 1.2 mm 의 소둔 후의 강판 No.1 ∼ 15 및 41 ∼ 52 를 준비하였다. 강판 No.1 ∼ 15 의 조성은, C : 0.06 ∼ 0.15 %, Si : 0.6 ∼ 1.5 %, Mn : 1.2 ∼ 2.3 %, Al : 0.03 ∼ 0.08 %, N : 0.0045 % 이하, Ti : 0 (무첨가) ∼ 0.04 % 의 범위에서 변화시키고, 소둔 조건은 780 ∼ 870 ℃ × 60 ∼ 400 sec, 5 ∼ 7 % H₂ ＋ 잔부 N₂, 노점 약 -30 ℃ 의 가스 분위기에서 소둔 후, 30 ∼ 2000 ℃/sec 로 300 ℃ 이하까지 냉각시켰다.

또 강판 No.41 ∼ 45 에 있어서는, C : 0.02 %, Si : 0.02 %, Mn : 0.2 %, Al : 0.05 %, N : 0.0030 % 의 조성으로 하고, 소둔은 800 ℃ × 120 sec, 5 ∼ 7 % H₂ ＋ 잔부 N₂, 노점 약 -30 ℃ 의 가스 분위기에서 소둔 후, 약 30 ℃/sec 로 300 ℃ 이하까지 냉각시켰다. 또한 강판 No.46 ∼ 50 에 있어서는, C : 0.15 %, Si : 0.7 %, Mn : 1.9 %, Al : 0.03 %, N : 0.0030 % 의 조성으로 하고, 소둔은 860 ℃ × 300 sec, 5 ∼ 7 % H₂ ＋ 잔부 N₂, 노점 약 -30 ℃ 의 가스 분위기에서 소둔 후, 약 2000 ℃/sec 로 300 ℃ 이하까지 냉각시켰다. 특히 강판 No.46 ∼ 49 에서는 오목부 평균 면적 이외의 기하학 형상을 가능한 한 일정하게 하였다.

소둔 후, 강판 No.47, 48 을, 염산으로 약 30 sec 산세하여, 각각 강판 No.51, 52 로 하였다.

강판 No.1 ∼ 6, 8, 10, 44, 45, 47, 48 에는, Rp 가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고 Rk 가 10 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 워크 롤을 사용하여, 신장률 0.10 % 이상 1.0 % 이하에서 조질 압연을 실시하였다. 또, 강판 No.7, 9, 11 ∼ 15, 41 ∼ 43, 46, 49, 50 에는, Rp 가 5 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하이고, Rk 가 5 ㎛ 이상 45 ㎛ 이하인 워크 롤을 사용하여 신장률 0.10 % 이상 5.0 % 이하에서 조질 압연을 실시하였다.

조질 압연 후, JIS 5 호 시험편을 압연과 직각 방향으로 채취하여 인장 시험을 실시하고, 항복 강도 YS, 인장 강도 TS, 신장 EI 를 측정하였다. 또, 표면 3 차원 형상 측정 기능이 부여된 주사형 전자 현미경을 사용하여 조질 압연 후의 강판 표면을 관찰하고, 그 결과를 기초로, 강판 표면의 기하학 형상, 즉 여파 굴곡 곡선으로부터의 최대 깊이, 오목부의 평균 면적, 오목부의 면적률을 측정하였다. 또한 오목부 이외의 평탄부 중, 여파 굴곡 곡선으로부터의 괴리가 ±2 ㎛ 인 영역이 대부분인 (괴리가 2 ㎛ 초과 10 ㎛ 미만인 영역이 10 % 이하. 단, 강판 No.9, 13, 15 에 있어서는 괴리가 2 ㎛ 초과 10 ㎛ 미만이고 또한 오목부를 형성하고 있지 않은 영역이 10 % 이하) 것을 확인하였다. 상기 주사형 전자 현미경에서 얻어지는 표면의 정보를 도 4 에 예시한다. 도 4 중 12 는 평탄부, 13 은 오목부이다.

또, 상기 주사형 전자 현미경 관찰의 결과로부터 JISB0601 에 준거하여 Ra, Rmax 를 측정하였다. 또한 (주) 토쿄 정밀 제조 서프컴 (TM) 570A 를 사용하여 Rv 를 측정하였다. 여기에서 Rv 는 특허문헌 14 와 동일하게, 단면 곡선의 측정 길이 내에 있어서의 최고 깊이의 골짜기와 중심선의 거리 (㎛) 로 정의하였다.

특허문헌 16 에 개시되어 있는 평판 슬라이딩 장치와 동 형상의 SKD11 제의 금형을 사용하고, 면압 15 kgf/㎟ (조건 A : 연 (軟) 강판에 있어서의 프레스 조건에 대응), 30 kgf/㎟ (조건 B : 고장력 강판에 있어서의 프레스 조건에 대응) 및 50 kgf/㎟ (조건 C : 고장력 강판에 있어서의 프레스 조건에 대응) 로 하중을 가하여, 슬라이딩 거리 100 mm 에서 마모가 발생할 때까지의 슬라이딩 횟수를 측정하여, 내형마모성을 평가하였다. 또한, 조건 B 에서 슬라이딩 횟수가 50 회를 초과하면, 실기 (實機) 프레스 성형에서, 실질적으로 성형 불량이 발생하지 않는 것으로 판단할 수 있지만, 보다 현격히 엄격한 조건 C 에서 마모 발생까지의 슬라이딩 횟수가 많은 것이, 금형 재질이나 윤활 조건에 관계없이 안정적으로 양호한 내형 마모 특성을 가지므로, 보다 바람직하다.

결과를 표 1 및 표 2 에 나타낸다. 본 발명예인 강판 No.1 ∼ 6, 8, 10, 47, 48, 51, 52 에서는, 강판 표면의 기하학 형상이 본 발명 범위 내이고, 마모 발생까지의 슬라이딩 횟수가 조건 B 에서 50 회를 초과하여, 우수한 내형마모성을 갖는 것을 알 수 있다.

특히, 인장 강도가 590 MPa 이상인 경우 (No.10 이외), 조건 C 에서도 20 회 이상 슬라이딩 가능하여, 특히 양호한 내마모성이 얻어진다. 또한, 표면 산화 물의 효과를 강화하기 위해서 산세를 실시하면 (No.51, 52), 조건 C 에서도 50 회 이상의 슬라이딩 횟수에 견뎌, 매우 우수한 내마모성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한, 강판 No.41 ∼ 45 의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, TS < 340 MPa 의 연 (軟) 강판에서는 본 발명의 표면 기하학 형상을 적용해도 형 마모성 개선 효과는 얻어지지 않는다. 연 강판에서 형 마모성 개선 효과가 얻어지는 것은, 오히려 오목부 평균 면적이 본원보다 작은 범위이지만, 고면압 조건에서는 역시 효과가 얻어지지 않는다. 이것은 재료 강도가 낮기 때문에, 본 발명의 특징인 기하학 형상을 고면압의 성형하에서 안정적으로 유지할 수 없기 때문인 것으로 생각할 수 있다. 또, Si 함유량이 적고, 고융점의 표면 산화물이 부족한 것도 요인으로 생각할 수 있다.

(실시예 2)

실험실에서, 표 3 에 나타내는 성분 조성을 갖는 열연 강판을 준비하였다. 그 열연 강판에 표 3 에 나타내는 Rp, Rk 를 갖는 표면 조정용 워크 롤에 의해서, 표 3 에 나타내는 압하율로 최종 패스를 실시하는 조건에서, 리버스 압연에 의해 냉간 압연을 실시하였다. 그 후, 표 4 에 나타내는 조건에서 소둔을 실시하고, 신장률 0.05 % 이상 0.7 % 이하의 조질 압연을 실시하여, 판 두께 1.2 mm 의 강판 No.16 ∼ 26, 61 을 제조하였다. 냉간 압연의 최종 패스 이외, 및 조질 압연에서 사용한 워크 롤의 Ra, Rp, Rk 는 각각 0.5 ∼ 3.0 ㎛ , 2 ∼ 8 ㎛ , 3 ∼ 5 ㎛ 였다.

소둔 후, 강판 No.18 을 황산으로 약 30 sec 산세하여, 강판 No.62 로 하였다.

얻어진 강판에 대해, 실시예 1 과 동일하게 하여, 인장 특성값, 강판 표면의 기하학 형상, 내형마모성을 조사하였다. 또, 워크 롤의 Rp 가 10 ㎛ 까지 저하될 때까지의 피압연재 (강판) 의 총 압연 길이를 측정하여, 롤 수명의 평가 지표로 하였다. 또한, 롤 수명이 50 km 이면, 워크 롤의 표면 가공 비용 (보수 빈도) 이 종래의 경우와 동등한 것으로 판단할 수 있다.

결과를 표 4 및 표 5 에 나타낸다. 본 발명예인 강판 No.16 ∼ 18, 22 ∼ 24, 26, 62 에서는, 강판 표면의 기하학 형상이 본 발명 범위 내이고, 조건 B 에 있어서의 마모 발생까지의 슬라이딩 횟수가 50 회를 초과하여 우수한 내형마모성을 갖고 있고, 총 압연 길이가 50 km 이상으로 롤 수명도 종래와 동등 이상인 것을 알 수 있다. 또한, 오목부 이외의 평탄부 상태는 실시예 1 과 동일하였다.

(실시예 3)

실험실에서, 표 5 에 나타내는 성분 조성을 갖고, 표 5 에 나타내는 조건에서 소둔을 실시하여 제조한 판 두께 1.2 mm 의 강판 No.27 ∼ 37, 71 ∼ 77 을 준비하고, 일부의 강판에서는 추가로 표 6 에 나타내는 표면 처리를 실시하였다. 또한, 강판 No.73 은 소둔 후, 강판 No.31 을 염산 산세 (약 30 초) 한 것, 강판 No.74 는 강판 No.31 을 전기 아연 도금한 것이다.

각 강판에는 표 6 에 나타내는 조질 압연 조건에서 조질 압연을 실시하였다. 그리고, 실시예 2 와 동일하게 하여, 인장 특성값, 강판 표면의 기하학 형상, 내형마모성, 롤 수명을 조사하였다.

결과를 표 7 에 나타낸다. 본 발명예인 강판 No.27, 28, 31, 32, 35 ∼ 37, 71 ∼ 75, 77 에서는, 강판 표면의 기하학 형상이 본 발명 범위 내이며, 조건 B 에 있어서의 마모 발생까지의 슬라이딩 횟수가 50 회를 초과하여 우수한 내형마모성을 가지고 있고, 총 압연 길이가 75 km 이상으로 롤 수명도 종래와 동등 이상인 것을 알 수 있었다.

또한, No.32 는 C 함유량이 상기의 바람직한 양보다는 적지만, 이 정도이면 1000 ℃/s 이상의 급랭에 의해 강도를 확보하여, 양호한 내형마모성을 얻을 수 있다. 또, No.34 는 상자 소둔 사이클을 채용하고, 소둔 후에 급냉각을 할 수 없기 때문에, 약간 강도가 저하되어, 조건 C 의 슬라이딩 횟수를 최고 레벨로 올릴 수 없었다. 또한 강판 No.77 은, 강판 No.27 과 동일한 조질 압연 롤을 사용하여, 거의 동일한 인장 특성, 표면 기하학 형상의 강판을 얻었지만, 강판 No.77 은 Si 첨가량이 많기 때문에, 조건 C 에 있어서의 마모 발생 횟수가 향상되어, 거의 최고 레벨의 내마모 특성을 달성할 수 있었다.

또한, 오목부 이외의 평탄부 상태는 실시예 1 과 동일하였다.

본 발명에 의해, 연속하여 프레스 성형을 실시해도, 형 마모의 발생을 확실하게 억제할 수 있는 인장 강도 340 MPa 이상의 고장력 압연 강판을 제조할 수 있게 되었다. 본 발명의 고장력 냉연 강판을 사용하면, 프레스 성형시에 금형의 파손이나 성형 불량 등이 발생하지 않고, 또, 본 발명의 고장력 냉연 강판을 제조하기 위한 냉간 압연이나 조질 압연용 롤의 장기 수명화도 가능해진다. 또한, 본 발명의 효과는, 780 MPa 이상의 고장력 냉연 강판에 있어서, 보다 현저하게 발휘된다.

Claims

조도 단면 (斷面) 곡선의 여파 (濾波) 굴곡 곡선으로부터의 괴리가 ±2 ㎛ 이하인 평탄부와, 여파 굴곡 곡선으로부터의 최대 깊이가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 오목부로 이루어지는 (comprising) 기하학 형상을 표면에 갖고,

상기 오목부의 평균 면적이 0.01 ㎟ 초과 0.2 ㎟ 이하, 상기 오목부의 면적률이 5 % 이상 20 % 미만이고, 인장 강도는 590 MPa 이상 1,500 MPa 이하인 고장력 냉연 강판.
열간 압연 후의 강판을 냉간 압연하는 공정과, 냉간 압연 후의 강판을 소둔하는 공정을 갖는 고장력 냉연 강판의 제조 방법으로서,

상기 냉간 압연 공정에 있어서, 표면의 중심선 산 높이 (Rp) 가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 중핵 깊이 조도 (Rk) 가 10 ㎛ 이상인 워크 롤을 사용하여, 압하율 5 % 이상의 냉간 압연을 실시하는 고장력 냉연 강판의 제조 방법.
열간 압연 후의 강판을 냉간 압연하는 공정과, 냉간 압연 후의 강판을 소둔하는 공정을 갖는 고장력 냉연 강판의 제조 방법에 있어서,

상기 소둔 공정 후에, 표면의 중심선 산 높이 (Rp) 가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 중핵 깊이 조도 (Rk) 가 10 ㎛ 이상인 워크 롤을 사용하여, 신장률 0.10 % 이상의 조질 (調質) 압연을 실시하는 고장력 냉연 강판의 제조 방법.