KR101118284B1

KR101118284B1 - 가공성이 우수한 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101118284B1
Application number: KR1020030099414A
Authority: KR
Inventors: 이규영; 김교성; 배춘선
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2012-03-20
Also published as: KR20050068249A

Abstract

딥드로잉성이 매우 우수한 냉연 및 아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에서는 중량％로 C:0.0001~0.01％, N:0.005％ 이하, S:0.015％ 이하, Mn:1.0％ 이하, P:0.1％ 이하, 산가용 Al:0.02~0.1％을 포함하고, Ti:[N(중량％)×(48÷14) + C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 또는 Nb:[C(중량％)×(93÷12)]~0.09％ 을 포함하거나, Ti과 Nb을 동시에 포함하는 경우에는 Ti:[N(중량％)×(48÷14) + 0.5×C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 및 Nb : [0.5×C(중량％) × (93÷12)]~0.09％ 을 포함하며, 나머지가 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 여기에 선택적으로 0.002 중량％ 이하의 B를 더 포함할 수 있는 조성의 슬라브를 주조하는 단계; 슬라브를 재가열한 후, A3 변태온도 이상의 온도에서 열간압연하는 단계; 450-720℃ 온도에서 권취하는 단계; 냉연율 60％ 이상으로 1차 냉연한 후, 780℃ 이상 Ac1 온도 이하로 중간소둔하는 단계; 및 냉연율 50％ 이상으로 2차 냉연한 후, 재결정 온도 이상 Ac1 온도 이하로 최종소둔하는 단계를 순차 수행함으로써, 평균 랭크포드값(r_m)이 2.5 이상인 냉연강판 및 아연도금강판을 제조한다.

드로잉성, 랭크포드값, 2차냉연

Description

가공성이 우수한 강판 및 그 제조 방법 {Steel sheet with very good drawability and fabrication method thereof}

도 1은 1차 냉연율과 r_m값과의 관계를 도시한 그래프이고,

도 2는 중간소둔온도와 r_m값과의 관계를 도시한 그래프이며,

도 3은 2차 냉연율과 r_m값과의 관계를 도시한 그래프이고,

도 4는 2차 냉연율과 연신율과의 관계를 도시한 그래프이다.

본 발명은 드로잉성이 매우 우수한, 즉 심한 가공을 받는 자동차 판넬 혹은 깊은 드로잉 및 가공이 요구되는 캔(can) 소재에 사용되는 냉연 및 아연도금강판의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 평균 랭크포드값(이하, r_m값으로 표시함)이 2.5 이상으로 매우 높은 냉연강판과 아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 판넬 등에 사용되는 냉연강판은 매우 우수한 심가공성이 필요하며, 심가공성의 향상을 위해서는 강판의 기계적 성질 가운데 r_m값과 연신율이 높아야 한 다.

랭크포드값은 성형하기 쉬운 정도를 나타내는 것으로서, 평균 랭크포드값 r_m은 다음의 수학식 1에 의해 정의된다.

수학식 1에서 r₀는 압연방향으로의 r값을 의미하고, r₄₅는 압연 대각선 방향으로의 r값을, r₉₀은 압연 수직방향으로의 r값을 의미한다.

최근에 자동차용 냉연강판 등과 같이 높은 드로잉성을 요구하는 강판에 있어서 드로잉성을 높이는 방법으로 탄소, 황, 질소와 같은 강 중의 미량원소를 최대한 감소시켜 소둔 시 드로잉성에 유리한 (111) 집합조직을 가지는 결정립의 성장을 촉진시키는 방법을 널리 이용하고 있다.

그러나, 이러한 미량원소의 성분을 너무 낮추면 소둔 후 결정립의 크기가 매우 커짐에 따라 오렌지 필(Orange Peel)과 같은 표면 결함이 발생하며, 또한 제강 원단위의 상승 등에 의한 제조원가의 증가도 문제가 된다.

초고성형성 강판을 제조하기 위한 일본특허평2-47222의 경우에는 열간압연 시 사상압연을 페라이트역에서 윤활압연함에 의하여 r_m값 2.9를 얻을 수 있음을 보고하였으나, 페라이트역에서의 열간 윤활압연을 위하여는 설비의 증가 및 작업성에 많은 부하를 갖게 된다.

또 다른 종래 기술인 일본 철강(1971) s280 에서는 중량％로, C:0.008％, N:0.0057％, S:0.015％, Mn:0.13, P:0.012％, 산가용Al:0.36％, Ti:0.2％인 강을 1차 냉연율 50％, 1차소둔을 800℃ 10시간, 2차 냉연율 80％, 2차소둔을 800℃ 10시간을 행하여, r_m값 3.1을 얻었음을 보고하였으나, 소둔시간이 10시간으로 통상의 연속소둔의 30초에 비하여 매우 길고 또한, Ti양이 너무 높아 작업성의 부하와 제조 원가가 매우 높은 단점이 있다.

2회냉연-2회소둔을 이용하여 심가공용 냉연강판을 제조하기 위한 일본 특개평3-97812의 경우에는 C:0.005％ 이하, Si:0.1％ 이하, Mn:1.0％ 이하, P:0.1％ 이하, S:0.05％이하, Al:0.01-0.1％, N:0.005％ 이하가 첨가된 강에 Ti:0.01-0.15％, Nb:0.001-0.05％ 중에 하나 혹은 둘을 함유한 강을 열간압연한 후에 냉연율 50％이상으로 1차냉연 후 (재결정온도+80℃)~920℃로 중간소둔을 행하고, 30％ 이상의 압하율이며 1차 냉연율보다 작지만 차가 30％ 이내의 압하율이고 전체 압하율은 78％ 이상이 되는 2차 냉연을 실시한 후에 700-920℃에서 최종 소둔을 행하여 초고성형성 냉연강판을 제조하는 방법을 제시하였으나, 2차 냉연율이 50％ 이하로 낮은 경우에는 2차 소둔 후 결정립의 크기가 조대하여 가공 시 오렌지 필(Orange Peel)과 같은 표면 결함이 발생하며, 또한 2차 냉연율이 1차 냉연율보다 작아야 한다는 제약이 있다.

또한, 일본 특개평6-65647의 경우에도 2회냉연-2회소둔을 이용하여 심가공용 냉연강판을 제조하는 방법을 제시하고 있는데, 즉 1200℃에서 재가열후 열간압연 시 사상압연 입측두께를 50mm 이하로 하여 εeff((최종 패스 압하율(％))+1/2(최종 1단계전 패스압하율(％))+1/4(최종2단계전 패스압하율(％)))를 50％ 이상으로 하고 880~950℃이상의 온도로 사상압연을 종료한 후 1초 내로 냉각을 개시하여 평균속도 20℃/초 이상으로 830℃ 이하까지 냉각을 행하고 680~800℃의 온도에서 권취를 행하여 열간압연강대를 제조한 후에 냉연율 70~85％로 1차 냉연 후 840℃~900℃로 중간소둔을 행하고, 50％ 이상의 압하율이고 전체 냉연율이 85％이상이 되는 2차 냉연을 실시한 후에 840~900℃에서 최종 소둔을 행하여 심가공용 냉연강판을 제조할 수 있다고 하였으나, 이 방법에서는 권취 온도가 매우 높아서 산화층에 의한 실수율 저하가 있고 1, 2차 소둔온도가 매우 높은 단점이 있다

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 2회냉연 및 2회소둔의 공정 조건을 최적화함에 의하여 초고성형성을 갖는 냉연강판과 아연도금강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 r_m값이 2.5 이상으로서 가공성(드로잉성)이 매우 우수한 냉연강판 또는 아연도금강판을 제조하기 위한 최적 조성을 제공한다.

본 발명에 따른 강판의 조성은, 중량％로 C:0.0001~0.01％, N:0.005％ 이하, S:0.015％ 이하, Mn:1.0％ 이하, P:0.1％ 이하, 산가용 Al:0.02~0.1％을 포함하고, Ti:[N(중량％)×(48÷14) + C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 또는 Nb : [C(중량％)×(93÷12)]~0.09％ 을 포함하거나, Ti과 Nb을 동시에 포함하는 경우에는 Ti:[N(중량％)×(48÷14) + 0.5×C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 및 Nb:[0.5×C(중량％)×(93÷12)]~0.09％ 을 포함하며, 나머지가 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 여기에 선택적으로 0.002 중량％ 이하의 B를 더 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 냉연강판 또는 아연도금강판의 제조방법은, 상술한 조성의 슬라브를 주조하는 단계; 슬라브를 재가열한 후, A3 변태온도 이상의 온도에서 열간압연하는 단계; 450-720℃ 온도에서 권취하는 단계; 냉연율 60％ 이상으로 1차 냉연한 후, 780℃ 이상 Ac1 온도 이하로 중간소둔하는 단계; 및 냉연율 50％ 이상으로 2차 냉연한 후, 재결정 온도 이상 Ac1 온도 이하로 최종소둔하는 단계를 순차 수행하는 것으로 이루어진다.

이렇게 하면 평균 랭크포드값인 r_m값이 2.5 이상인 냉연강판 및 아연도금강판을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 냉연강판 또는 아연도금강판은, 중량％로 C:0.0001~0.01％, N:0.005％ 이하, S:0.015％ 이하, Mn:1.0％ 이하, P:0.1％ 이하, 산가용 Al:0.02~0.1％을 포함하고, Ti:[N(중량％)×(48÷14) + C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 또는 Nb:[C(중량％)×(93÷12)]~0.09％ 을 포함하거나, Ti과 Nb을 동시에 포함하는 경우에는 Ti:[N(중량％)×(48÷14) + 0.5×C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 및 Nb:[0.5×C(중량％)×(93÷12)]~0.09％ 을 포함하며, 나머지가 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 여기에 선택적으로 0.002 중량％ 이하의 B를 더 포함할 수도 있는 조성의 강으로부터 제조되는데, 각 성분과 그 함량에 대해 설명하면 다음과 같다.

C는 가공성을 저해하는 원소로 알려져 있어 고가공성이 요구되는 제품의 경우 낮게 첨가되는 것이 바람직한데, 실시예에서 나타낸 바와 같이 수십 ppm의 첨가에서는 물성확보가 가능하나 100ppm을 초과하여 첨가하면 목표물성이 확보가 어려우므로 상한을 제한하였으며, 하한은 실질적으로 0ppm의 탄소함량으로 제강이 어려우므로 제한하였다.

Mn과 S의 경우는 에지크랙을 일으키는 FeS의 형성을 방지하기 위해 Mn은 S함량에 대해 통상 약 10배 이상이 함유되어야 하는데, 본 발명의 조성은 이를 만족한다. Mn의 경우에 고용강화를 시키기 위해서는 다량 함유되는 것이 강도증가의 측면에서 유리하나, Mn의 입계 편석에 의한 연신율 하락 및 r_m값의 감소도 우려되므로 상한을 설정하였다.

P의 경우는 소량 첨가에 의해서도 고용강화 효과가 탁월한 원소이므로 다량 첨가하는 것이 바람직하나, 다량 첨가 시 입계취하에 의한 연성취성전이온도(DBTT : Ductile Brittle Transition Temperature)가 높아짐에 따른 2차 가공취성 및 r_m값의 감소도 우려되므로 상한을 설정하였다.

B은 강판의 적용 용도 혹은 분야에 따라 우려되는 P 편석에 의한 2차 가공 취성을 방지하기 위하여 첨가를 행하며, r_m값 등의 열화를 막기 위하여 상한을 설정하였다.

N의 경우는 다량 첨가될 경우에 r_m값의 열화를 가져오므로 통상의 강 제조에 있어서 석출강화 혹은 고용 N에 의한 강화를 위하여 의도적으로 첨가되지 않을 경우에 제조되는 양으로 상한을 설정하였다.

Ti의 경우는 가공성을 저해하는 것으로 알려진 C와 N등의 침입형 고용원소를 석출물로 석출시킴에 의하여 기지(matrix)를 청정화하여 r값을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 하한의 경우에는 C와 N를 화학양론적으로 석출시킬 수 있는 양으로 설정하였으며, 상한의 경우는 그 이상의 첨가에 의하여 더 우수한 가공성을 확보하는 것이 어려우며 또한 제강 원단위를 증가시키므로 제한하였다.

Nb은 탄화물 형성원소로써 C를 석출물로 석출시킴에 의하여 기지를 청정화하는 역할을 하고 열연결정립의 미세화 등에 의하여 가공성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 하한은 C 가 화학양론적으로 기지에서 제거되지 못하는 것을 방지하기 위하여 설정되고, 또한 상한은 과다 첨가에 의한 연신율 하락과 재결정온도 상승을 방지하기 위하여 제한되었다.

산가용 Al의 경우는 탈산제로서 강 중의 산소를 제거하기 위하여 첨가되며, 이의 안정적 제거를 위하여 하한을 설정되었으며, 상한의 경우는 그 이상의 첨가는 탈산제로서의 의미가 없을 정도로 과다한 첨가이며 제강 원단위 측면에서도 불리하므로 제한하였다.

본 발명에서는 상술한 조성의 극저탄소강을 통상의 조건에서 슬래브 재가열을 실시하고 사상열간압연을 Ar3 이상에서 실시하고 450~720℃의 온도에서 열연권취를 행하여 열간압연 강대를 제조한다.

사상열간압연을 Ar3 이상에서 실시하는 이유는 2상역 압연에 의한 결정립의 불균질의 방지와 통상의 무윤활 페라이트역 열간압연에 의한 가공성 열화를 방지하기 위함이다.

또한, 열연 권취를 450~720℃로 제한한 것은 450℃이하에서는 열연 권취 작업이 어렵기 때문이며 720℃이상의 경우는 산세 곤란한 산화막이 열연강판에 형성되기 때문이다.

상술한 바와 같이 열연 권취하여 열연코일을 제조한 후 통상의 경우와 같이 산세 후, 냉연율 60％ 이상으로 1차 냉연 후 780℃ ~ Ac1로 중간소둔을 행하고, 50％ 이상의 압하율로 2차 냉연을 실시한 후에 재결정온도 ~ Ac1에서 최종 소둔을 행하여 초고성형성 냉연강판을 제조하였다. 이의 제한 이유는 실시예에서 상세히 설명한다.

최종 소둔 후 아연 도금욕을 통과하면 아연도금강판을 제조할 수 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

실시예

진공유도에 의해 표 1에 나타낸 조성의 강괴를 통상의 조건인 1200℃에서 슬래브 재가열을 실시하고 사상 열간압연 마무리 온도는 Ar3 변태점 이상으로 하였다.

강 종류	C	Mn	P	S	Al	Ti	Nb	N	B	비고
A	0.003	0.07	0.012	0.006	0.03	0.05	-	0.003	-	O
B	0.005	0.12	0.011	0.008	0.05	0.02	0.02	0.002	0.001	O
C	0.004	0.08	0.015	0.008	0.05	-	0.04	0.002	0.001	O
D	0.006	0.2	0.015	0.009	0.06	0.02	-	0.004	-	X
E	0.005	0.6	0.04	0.01	0.04	0.03	0.03	0.004	0.001	O
F	0.005	0.18	0.012	0.012	0.05	-	0.01	0.003	-	X
G	0.018	0.18	0.011	0.008	0.05	-	-	0.004	-	X
H	0.036	0.22	0.012	0.011	0.04	-	-	0.003	-	X

상술한 표 1에서 A, B, C 및 E 는 본 발명에서 제시한 강 조성 범위 내에 속하고(O로 표시), D, F, G 및 H 는 본 발명에서 제시한 조성 범위를 벗어난다(X로 표시).

그리고, 표 2 및 3에 나타낸 조건으로 1차냉연-중간소둔-2차냉연-최종소둔을 실시하였으며, 함께 나타낸 소재의 기계적 성질은 ASTM 규격으로 인장시험하여 얻었다.

	강 종류	1차 냉연율(％)	중간 소둔	2차 냉연율(％)	최종 소둔	인장강도 (kgf/㎟)	연신율 (％)	r_m 값	비고
실시예1	A	70	850	50	800	28	51	2.7
실시예2	A	70	850	70	800	29	50	3.4
실시예3	A	70	850	70	800	29	48	3.3	용융도금 상태양호
실시예4	A	70	850	70	800	30	48	3.3	전기도금 상태양호
실시예5	A	70	850	80	800	29	49	3.5
실시예6	A	70	850	50	750	28	46	2.7
실시예7	A	70	850	70	750	29	45	2.9
실시예8	A	70	850	50	850	28	50	2.8
실시예9	A	70	850	70	850	28	49	3.4
실시예10	A	60	800	70	800	28	51	2.6
실시예11	A	70	800	70	800	29	50	2.7
실시예12	B	70	800	75	830	30	49	3.5
실시예13	C	70	800	75	830	30	49	3.4
실시예14	E	70	800	75	850	35	39	2.8

	강 종류	1차 냉연율(％)	중간 소둔	2차 냉연율(％)	최종 소둔	인장강도 (kgf/㎟)	연신율 (％)	r_m 값
비교예1	A	70	850	10	800	28	19	1.9
비교예2	A	70	850	30	800	28	48	2.4
비교예3	A	70	850	30	750	28	31	2.3
비교예4	A	50	750	70	800	29	50	2.3
비교예5	A	60	750	70	800	29	46	2.4
비교예6	A	70	750	70	800	29	45	2.4
비교예7	A	50	800	70	800	28	50	2.3
비교예8	B	50	800	75	830	29	49	2.4
비교예9	C	50	800	75	830	29	50	2.4
비교예10	D	50	800	70	800	30	49	2.2
비교예11	D	70	800	70	800	30	48	2.3
비교예12	E	50	800	75	850	35	40	2.4
비교예13	F	70	800	75	800	28	49	2.4
비교예14	G	70	800	70	800	31	42	1.5
비교예15	G	70	800	70	850	30	42	1.5
비교예16	H	70	800	70	800	34	37	1.3
비교예17	H	70	800	70	850	33	40	1.4

표 2 및 3에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 14의 경우 모두 r_m값이 목적했던 수치인 2.5보다 큰 값을 나타내었으나, 비교예 1 내지 17의 경우 모두 r_m값이 2.5보다 작음을 확인할 수 있었다.

표 2 및 3에 나타낸 기계적 성질의 결과를 도 1 내지 4에 정리하여 도시하였으며, 이와 함께 1차 냉연부터 최종소둔까지 냉연 및 소둔조건의 제한의 이유에 대하여 서술한다.

도 1은 1차 냉연율과 r_m값과의 관계를 도시한 그래프이고, 도 2는 중간소둔온도와 r_m값과의 관계를 도시한 그래프이며, 도 3은 2차 냉연율과 r_m값과의 관계를 도시한 그래프이고, 도 4는 2차 냉연율과 연신율과의 관계를 도시한 그래프이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 냉연율이 약 60％ 미만인 경우에는 목 표하는 r_m값 2.5를 얻을 수 없음을 확인할 수 있었으며, 이 결과로부터 1차 냉연율은 60％ 이상이어야 함을 알 수 있다.

중간 소둔온도의 경우는, 도 2에 도시된 바와 같이 780℃ 이상에서 목표하는 r_m값 2.5을 안정적으로 확보할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이 결과로부터 중간 소둔온도는 780℃ 이상의 온도이어야 함을 알 수 있다.

또한, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 2차 냉연율이 50％ 미만인 경우에 결정립의 조대화에 의하여 연신율이 급격히 감소하므로 가공성이 매우 열화됨을 확인할 수 있었다. 이들 결과로부터, 연신율의 감소 없이 목표하는 r_m값 2.5를 확보하기 위해서는 2차 냉연율을 50％ 이상으로 설정하여야 함을 알 수 있다.

최종소둔온도의 경우는 표 2에 나타낸 바와 같이 재결정 온도 이상에서 목표 물성을 확보할 수 있다. 중간 및 최종 소둔온도의 상한은 Ac1 이상에서의 열처리는 r값을 열화시키는 것으로 널리 알려져 있으므로 제한하였다. 최종 소둔이 완료된 후 행해진 용융 및 전기도금의 결과도 표 2에 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 연속소둔 및 도금라인에서의 작업에 의해 r_m값이 2.5 이상인 매우 우수한 가공성을 갖는 냉연강판과 아연도금강판을 생산할 수 있는 효과가 있다.

이렇게 생산된 강판은 자동차, 캔, 그리고 가전 등에서의 성형이 어려운 부품에 적용할 수 있으며, 이로써 다단계 가공공정을 1단계로 단축하는 것이 가능해 지는 효과가 있다.

Claims

삭제
삭제
중량％로, C:0.0001~0.01％, N:0.005％ 이하, S:0.015％ 이하, Mn:1.0％ 이하, P:0.1％ 이하, 산가용 Al:0.02~0.1％을 포함하고, Ti:[N(중량％)×(48÷14) + C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 또는 Nb:[C(중량％)×(93÷12)]~0.09％ 을 포함하거나, Ti과 Nb을 동시에 포함하는 경우에는 Ti:[N(중량％)×(48÷14) + 0.5×C(중량％)×(48÷12)]~0.08％ 및 Nb:[0.5×C(중량％)×(93÷12)]~0.09％ 을 포함하며, 나머지가 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 주조하는 단계;

상기 슬라브를 재가열한 후, A3 변태온도 이상의 온도에서 열간압연하는 단계;

450-720℃ 온도에서 권취하는 단계;

냉연율 60％ 이상으로 1차 냉연한 후, 780℃ 이상 Ac1 온도 이하로 중간소둔하는 단계; 및

냉연율 50％ 이상으로 2차 냉연한 후, 재결정 온도 이상 Ac1 온도 이하로 최종소둔하는 단계

를 순차 수행하는 가공성이 우수한 강판의 제조 방법.