KR101560940B1 - 강도와 연성이 우수한 경량강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오스테나이트를 포함하는 강판에 대해 열처리 과정에서 발생하는 탈탄을 억제함으로써, 탈탄에 의한 오스테나이트의 소실을 방지하여, 적은 양의 탄소와 망간을 첨가하더라도 높은 강도와 연성을 확보할 수 있는 경량강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

강도와 연성이 우수한 경량강판 및 그 제조방법{LIGHT WEIGHT STEEL SHEET HAVING EXCELLENT STRENGTH AND DUCTILITY}
본 발명은 자동차 구조부재, 내외판용 등으로 사용되는 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 강도와 연성을 갖는 경량강판에 관한 것이다.
최근 자동차는 새로운 연료의 자동차(예를 들어 전기 자동차)가 등장함에 따라, 축전지 등 자동차 연료 시스템의 무게가 현재의 내연기관에 비해 대폭적으로 늘어날 것으로 예상되기 때문에 차체의 무게를 현저히 감소시킬 수 있는 경량소재의 개발이 요구되고 있다.
경량소재로서, 알루미늄이나 마그네슘의 사용이 논의되고 있으나, 상기 알루미늄이나 마그네슘은 강도와 연성이 낮고, 비용이 높다는 문제가 있다. 따라서, 여전히 강재를 이용하는 것이 불가피하다.
강재는 강도와 연성이 알루미늄, 마그네슘보다 현저히 우수하고, 원가 역시 매우 낮다. 지금까지는 고강도 고인성 강재의 두께를 얇게 하여 차체의 경량화를 도모해 왔으나, 강재 자체의 비중이 높아서 자동차에 요두괴는 경량화 한계를 충족하지 못하는 경우, 강재에 Al과 같은 비철 금속의 사용이 불가피한 실정이다.
이에 따라, 주로 경원소인 Al을 첨가하여 비중을 낮춘 강재의 개발이 이루어지고 있다. 지금까지 알려진 제조기술로서는 극저탄소강에 2.0~10.0wt%의 Al을 첨가한 페라이트계 강재의 제조기술과 극저탄소강에 8wt% 정도의 Al을 첨가하고 Mn을 10~30wt% 첨가한 오스테나이트계 강재의 제조기술이 있다.
상기 페라이트계 강재는 0.8~1.2 wt%의 탄소를 함유하고, 10~30wt%의 망간과 8~12wt%의 알루미늄을 포함하는 기술(특허문헌 1)과 0.2wt% 이하의 탄소와 2.5~10wt%의 알루미늄을 첨가하고, 석출물과 집합조직 제어를 통하여 강성을 확보하고, 연성을 어느 정도 확보하였으나, 인장강도가 400MPa 수준으로 낮고, 연신율이 25% 수준에 불과하다는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해서, 다량의 잔류 오스테나이트를 포함하여, 변태유기소성(Transformation Induced Plasticity)을 일으키고, 페라이트 집합조직을 제어함으로서, 리징이 없고, 강도와 연성이 우수한 이상조직(Duplex) 경량강판이 개발되었다(특허문헌 2).
그러나, 상기 이상조직 경량강판의 경우, 슬라브를 열간압연하기 위해 재가열하거나, 기계적 특성을 얻기 위해 열처리를 행하게 되면, 탈탄(Decarbonization)이 이루어져 탄소의 소실과 함께 오스테나이트의 감소로 강도와 연성이 저하하는 문제가 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허 특개2006-176843호 특허문헌 2: 일본 공개특허 특개2009-287114호
본 발명의 일측면은 오스테나이트를 포함하는 강판에 대해 열처리 과정에서 발생하는 탈탄을 억제함으로써, 탈탄에 의한 오스테나이트의 소실을 방지하여, 적은 양의 탄소와 망간을 첨가하더라도 높은 강도와 연성을 확보할 수 있는 경량강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 중량%로, C: 0.1~1.2%, Mn: 2~10%, Al: 3~10%, P: 0.1%이하, S:0.01%이하를 포함하고, Ni: 5.0%이하, Cu: 5.0%이하, Sb: 0.01~0.05% 및 B: 0.01%이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 하기 B*의 값이 2~10을 만족하는 강도와 연성이 우수한 경량강판을 제공한다.
B* = Ni + 0.5Cu + 100Sb + 500B (각 성분의 값은 중량%임)
또한, 본 발명은 상기 조성 및 B*을 만족하는 강 슬라브를 1000~1200℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하고, 700℃ 이상에서 마무리 열간압연하는 단계;
상기 열간압연 후 권취하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
상기 열연강판을 40% 이상의 냉간압하율로 냉간압연하는 단계를 포함하는 강도와 연성이 우수한 경량강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 오스테나이트를 포함하는 이상조직을 갖는 경량강판의 탈탄을 효과적으로 억제하여 적은 양의 합금원소를 첨가하여도 충분한 잔류 오스테나이트를 얻게 되고, 페라이트 기지에 잔류 오스테나이트와 탄화물이 분산되어 재질 이방성이 적은 인장강도가 700MPa 이상, 연신율 30% 이상으로 강도 및 연성이 우수하므로 성형성이 우수한 열연강판은 물론, 냉연강판과 도금강판이 제공되므로 자동차용 차체의 경량화에 현저한 효과가 있다.
도 1은 이상조직(Duplex)강의 탈탄 기구를 나타낸 모식도임.
도 2는 비교예 4의 700℃에서 30분 유지 후 조직사진과 탄소 농도 분포 그래프임.
도 3은 발명예 4와 비교예 4의 열연강판 조직 사진임
도 4는 발명예 4의 냉연전 열처리에 따른 조직 변화를 나타낸 사진임
오스테나이트와 페라이트의 이상(Duplex)조직강의 탈탄 기구를 도 1에 모식적으로 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이,강재의 조직이 페라이트와 오스테나이트를 모두 포함하고 있는 경우에, 고온의 산화성 분위기에서는 페라이트 표면에서 탄소가 산소와 반응하여, CO2 또는 CO를 형성한다. 강 표면의 페라이트는 탄소가 평형 농도보다 낮게 되고, 농도 구배에 의하여 탄소가 표면쪽으로 확산하므로 탈탄이 지속적으로 이루어지게 된다. 그러나 페라이트 단상인 경우에는 탄소농도의 구배가 크지 않으므로, 탈탄이 많이 이루어지지 않는다.
그러나, 오스테나이트와 페라이트가 접하게 되면, 오스테나이트에는 다량의 평형 고용탄소가 존재하며, 페라이트에는 매우 낮은 양의 평형 고용탄소가 존재하므로, 농도구배가 매우 커진다. 이에 따라, 오스테나이트로부터 충분한 탄소를 공급받고, 탈탄이 계속적으로 이루어지므로, 탄소를 페라이트에 빼앗긴 오스테나이트는 탄소함량이 낮아져 페라이트로 변태하며, 이에 따라 가공성에 유리한 오스테나이트가 감소하는 문제가 발생한다.
이에 본 발명의 발명자들은 탄소의 확산이 결정립계를 통해 활발히 이루어지는 것을 인지하고, 탈탄을 억제하는 방법으로 1)결정립계 편석원소를 첨가하여 탄소의 입계 확산속도를 낮추는 방법, 2)강력한 산화원소를 활용하여 결정립계에 산화물을 형성시켜 산소의 입계를 통한 침투와 탄소의 확산을 막는 방법을 도출하게 되었다. 본 발명에서는 상기 결정립계 편석 및 결정립계에 산화물을 형성할 수 있는 방법을 통해, 기계적 성질 저하 없이, 탈탄을 효과적으로 방지할 수 있고, 이를 통해 오스테나이트의 소실이 없어 소량의 탄소와 망간으로 강도와 연성이 우수한 저비중 경량강판을 제조할 수 있다.
본 발명의 경량강판은 중량%로, C: 0.1~1.2%, Mn: 2~10%, Al: 3~10%, P: 0.1%이하, S:0.01%이하를 포함하고, Ni: 5.0%이하, Cu: 5.0%이하, Sb: 0.01~0.05% 및 B: 0.01%이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 하기 B*의 값이 2~10을 만족한다.
B* = Ni + 0.5Cu + 100Sb + 500B (각 성분의 값은 중량%임)
이하, 본 발명의 조성에 대해 상세히 설명한다(중량%).
C(탄소): 0.1~1.2%
강중 탄소는 오스테나이트를 안정화시킬 뿐만 아니라, 세멘타이트에 의한 분산강화 작용을 한다. 특히, 연속주조 중 형성되는 주상정은 재결정이 빨라 열간압연시 조대한 대상의 조직을 형성하므로, 고온의 탄화물을 형성시켜 조직을 미세화시키고, 강도를 증가시키기 위하여 일정량 이상의 탄소함량이 필요하다. 본 발명에서는 탈탄방지가 가능하므로, 많은 양의 탄소가 필요치 않으므로, 그 하한을 0.1%로 하는 것이 바람직하다.
한편, 탄소의 첨가량이 증가하게 되면, 세멘타이트와 카파 탄화물이 증가하여 강도 상승에 기여하지만, 강의 연성이 현저히 저하된다. 특히, Al이 첨가된 강에서는 카파 탄화물이 페라이트 결정립계에 석출하여 취성을 일으키므로, 상한을 1.2%로 하는 것이 바람직하다.
Mn(망간): 2~10%
망간은 탄소와 함께 본 발명에서 탄화물의 특성을 제어하고, 고온에서 오스테나이트 형성에 기여하는 작용을 하는 원소이다. 망간은 탄소와 공존함으로써 탄화물의 고온석출을 조장하고, 그에 따라 입계의 탄화물을 억제함으로써 열간취성을 억제하고, 최종적으로 강판의 강도향상에 기여한다. 또한 망간은 강의 격자상수를 증가시켜 밀도를 저하시키기 때문에 강재의 비중을 낮추는 역할을 한다. 따라서 망간의 하한을 2%로 하는 것이 바람직하다.
그러나, 망간이 너무 많이 첨가되면, 망간은 중심편석 및 열연판에서 지나친 밴드조직을 가져와 연성을 저하시키기 때문에 상한을 10%로 하는 것이 바람직하다.
Al(알루미늄): 3~10%
알루미늄은 본 발명에서 C, Mn과 함께 가장 중요한 원소이다. 알루미늄 첨가를 통해서 강재의 비중을 저감시킨다. 이를 위해서는 3% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄은 비중저감을 위해서는 다량 첨가하는 것이 바람직하지만, 다량 첨가하면 카파 탄화물, FeAl, Fe3Al 등 금속간 화합물이 증가하여 강의 연성을 저하시키므로 그 상한을 10%로 하는 것이 바람직하다.
본 발명과 같이 C, Mn, Al 함량을 제어하더라도, 고온(예를 들어, 650~1250℃ 정도)에서 구성상이 오스테나이트를 5 면적% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 상기 오스테나이트상이 5 면적% 미만이면, 강판 소둔 후 상온에서 이상조직(Duplex)을 가질 수 없기 때문에, 인장강도 700MPa 이상, 연신율 30% 이상의 우수한 강도와 연성을 얻을 수 없다.
이를 위해서는 탈탄을 억제되어야 하므로, 본 발명에서는 탈탄을 억제하기 위해, Ni: 5.0%이하, Cu: 5.0%이하, Sb: 0.01~0.05% 및 B: 0.01%이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
Ni(니켈)은 페라이트 결정립계에 편석하여 탈탄 억제 뿐만 아니라, 탄소의 확산을 막는 역할을 한다. 또한, 오스테나이트의 안정성을 증대시켜 강도와 연성을 증가시킨다. 그러나, Ni가 너무 많게 되면, 강의 제조원가가 증가되는 문제가 있으므로, 그 상한을 5% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cu(구리) 역시 오스테나이트에서의 고용도가 높은 원소로서, 열연공정에서 슬라브 재가열시 표면에서 용융 막을 형성하여, 산소의 침투와 탄소의 탈탄을 억제하는 작용을 한다. 그러나, 상기 Cu의 함량이 너무 많게 되면, 용융 Cu에 의한 입계 침식에 따라 강의 표면에 미세한 크랙을 일으켜 열연판에 스크랩(scab) 및 슬리버(sliver)와 같은 표면 결함을 야기하므로, 그 상한을 5%로 하는 것이 바람직하다.
Sb(안티몬)은 Ni과 마찬가지로, 입계 편석 원소이지만 Ni 보다 입계 편석 경향이 강하므로, 0.01% 이상의 소량을 첨가해도 된다. 본 발명에서 Sb는 입계 편석 외에도 Mn2Sb2O7 라는 고온에서 연성을 갖는 입계 산화물을 형성하고, 이들 산화물이 산소의 입계 확산에 의한 침투와 탄소의 확산을 막는 점을 새롭게 발견하였다. 그러나, 상기 Sb가 다량 첨가되면 입계 산화물이 증가하여 고온 연성이 저하되므로, 연간압연 중 에지 크랙의 문제가 발생할 수 있으므로, 상한은 0.05%로 하는 것이 바람직하다.
B(붕소)는 Sb와 마찬가지로, 입계 편석 원소이면서, 산화물 형성원소이기도 하다. Sb와는 달리 오스테나이트 결정립계에 편석하는 경향이 강하므로, Sb만큼 탈탄 억제 효과는 높지 않다. 또한 입계 뿐만 아니라, 표면에서 B2O3와 같은 산화물을 형성하는 경향이 강하기 때문에 다량 첨가하는 경우에 열간압연 중 표면 결함과 크랙을 일으키는 문제가 있어, 그 상한은 0.01%로 하는 것이 바람직하다.
나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 경량강판은 Ni, Cu, Sb 및 B의 함량은 하기 B*로 규정되는 값이 2~10을 만족하는 것이 바람직하다. 상기 B*는 본 발명에서 요구되는 기계적 성질과 합금의 경제성을 고려하고, 최적의 탈탄 효과를 확보하기 위해서 상기 성분의 함량을 조절하기 위한 것이다. 특히, Ni은 다량 첨가시 제강원가가 상승하는 문제가 있으며, 다른 원소는 표면결함과 상온 크랙을 일으킬 수 있는 문제가 있기 때문에, 이를 고려하여, 성분 원소의 최적화를 도모하는 것이 중요하다.
B* = Ni + 0.5Cu + 100Sb + 500B (각 성분의 값은 중량%임)
상기 B* 값이 2 이상이면, 탈탄 억제의 효과가 구현되나, 10을 초과하게 되면, 합금원가의 상승과 입계 산화물의 증가로 연성이 저하되는 문제가 있으므로, 그 값은 10을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 경량강판은 페라이트 기지에 잔류 오스테나이트을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 잔류 오스테나이트는 면적분율로 10~50%인 것이 바람직하다. 본 발명의 경량강판 기존보다 적은 양의 합금원소를 첨가하여도 충분한 잔류 오스테나이트를 확보할 수 있으며, 재질 이방성이 적은 인장강도 700MPa 이상, 연신율 30% 이상의 강도와 연성이 우수한 강판을 제공할 수 있다. 이때 강판은 냉연강판 및 도금강판을 포함한다.
이하, 본 발명의 경량강판을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 상기 조성 및 B*의 값을 만족하는 강괴 또는 슬라브(이하, 슬라브로 통칭함)를 준비하고, 상기 슬라브를 1000~1200℃로 재가열한다. 상기 재가열 온도는 통상의 열간압연 온도를 확보할 수 있도록 1000~1200℃로 하는 것이 바람직하다.
상기 재가열 후 열간압연을 행하고, 700℃ 이상에서 마무리 압연하는 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연 온도는 고온에서 이상(Duplex)조직을 가지고, 연성이 우수한 페라이트에 의해 압연이 잘 이루어질 수 있는 온도이고, 상기 마무리 압연 온도가 낮을수록 압연하중이 증가하므로, 700℃ 이상에서 행하는 것이 바람직하다.
상기 열간압연 후, 통상의 방법으로 권취를 진행하여, 열연강판을 제조한다.
상기 열간압연을 행해지는 온도범위(700~1200℃)에서, 강 슬라브는 오스테나이트 조직을 면적분율로 5% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 상기 오스테나이트 조직의 5% 이상 포함한다는 것은 열간압연이 행해지는 온도에서 충분한 탄화물이 생성되지 않고, 오스테나이트를 소실하지 않으므로, 이후 냉간압연을 거친 강판이 높은 강도와 연성을 확보할 수 있다.
한편, 상기 열연강판을 대기 분위기 700℃의 온도에서 30분간 유지하였을 때, 탈탄층이 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 열연강판의 표면을 연삭하여 산화층을 제거한 다음, 대기 분위기에서 700℃에서 30분간 유지한 후, 탈탄층을 평가하였을 때, 탈탄층이 10㎛ 이하인 경우에는 오스테나이트의 소실이 없어지게 되어, 우수한 강도와 연성을 갖게 된다.
상기 열연강판에 대해, 강의 이방성을 감소 및 탄화물이나 오스테나이트 밴드 조직을 감소시키기 위해서, 500~800℃의 온도에서 1시간 이상 열처리를 행할 수 있다. 오스테나이트 조직을 포함하는 이상조직(Duplex)강은 부드러운 페라이트와 단단한 오스테나이트의 2상 조직을 갖는데, 열간압연 도중에 대부분 페라이트가 변형된다. 이는 강도가 낮은 페라이트의 회복과 재결정이 매우 빠르기 때문이다. 이에 따라, 페라이트 기지 조직에 탄화물이나, 오스테나이트가 층상으로 배열하는 밴드형태의 조직이 형성되는 문제가 있다. 밴드 조직은 강의 기계적 성질 이방성을 야기하여 가공성을 해치고, 냉간압연 중 취성파괴의 원인이 되기도 한다. 따라서, 이를 해소하기 위해서는 탄화물 구상화를 위해 500℃ 이상, 오스테나이트 밴드 제거를 위해 800℃ 이하의 온도로 1시간 이상 열처리하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열연강판에 대해, 40% 이상의 냉간 압하율로 냉간압연하여 냉연강판으로 제조할 수 있다. 냉간압연은 통상 산세 후 행해지며, 냉간압하율이 40% 이상이 되어야만, 냉간 가공에 의해 축적에너지가 확보되고, 새로운 재결정 조직을 얻을 수 있다.
상기 냉간압연된 강판에 대해, 표면의 압연유를 제거하고 연속소둔을 행하거나, 도금을 행하여 도금강판으로 제조할 수 있다.
상기 연속소둔은 1~20℃/s의 가열속도로 가열하고, 재결정온도 이상 900℃이하의 온도에서 10~180초간 소둔한 다음, 1~100℃/s의 냉각속도로 400℃까지 냉각하는 것이 바람직하다.
상기 가열속도가 1℃/s 미만이 되면, 생산성이 저하되고, 고온에 너무 오래 노출되어, 결정립 조대화와 강도 저하가 발생하여 재질이 저하되고, 20℃/s를 초과하게 되면, 탄화물의 재용해가 미흡하기 때문에 오스테나이트의 형성량이 감소하여 최종적으로 잔류 오스테나이트 양이 감소함으로써, 연성이 낮아지는 문제가 있다.
상기 재결정 온도~900℃에서 충분한 재결정 및 결정립 성장이 이루어질 수 있도록 균열이 되도록 10초 이상 유지하는 것이 바람직하며, 180초를 초과하게 되면 생산성이 저하되고, 후속하는 도금과정에서 아연욕과 합금화처리 시간이 증가될 수 있으므로, 내식성과 표면특성이 나빠질 우려가 있다.
한편, 상기 도금은 특별히 한정하는 것은 아니며, 내식성을 확보하기 위해서 아연계 도금, 알루미늄계, 금속합금 도금이 적용될 수 있다. 예를 들면, Zn, Zn-Fe, Zn-Al, Zn-Mg, Zn-Al-Mg, Al-Si, Al-Mg-Si 등의 도금층을 형성할 수 있다. 상기 도금층은 편면당 10~200㎛의 두께로 행하는 것이 충분한 내식성을 확보하는 측면에서 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
(실시예)
하기 표 1의 조성을 갖는 강 슬라브를 제작하고, 1150℃로 재가열 하고, 750~850℃의 온도범위에서 열간압연을 마무리하였다. 이때 열연강판의 두께는 3.2㎜이며, 이를 500~700℃의 온도에서 1시가 유지한 후, 상온을 냉각하고, 표면의 스케일을 제거한 다음, 700℃의 온도에서 5시간 동안 탄화물 구상화 및 오스테나이트 밴드 제거 처리를 행하고, 1.0㎜ 두께의 냉연강판을 제조하였다.
구분 C Mn P S Al Ni Cu Sb B B*
발명예1 0.12 9.9 0.011 0.007 3.3 4.7 - 0.02 - 6.7
발명예2 1 2.2 0.009 0.005 9.8 4.5 - 0.05 - 9.5
발명예3 0.5 6.1 0.011 0.003 6.1 - - - 0.005 2.5
발명예4 0.32 3.5 0.012 0.004 6.2 - - 0.03 - 3
발명예5 0.31 8.2 0.011 0.005 4.8 - 4.8 - - 2.4
발명예6 0.6 2.5 0.012 0.004 7.6 0.9 0.5 0.01 - 2.15
비교예1 0.004 0.24 0.011 0.003 3.5 - - 0.04 - 4
비교예2 1.2 2.7 0.011 0.006 8.7 - - - 0.002 1
비교예3 0.5 7.2 0.01 0.004 5.8 1.6 - - - 1.6
비교예4 0.3 3.5 0.012 0.004 6.2 - - - - 0
비교예5 0.32 3.5 0.012 0.004 9.0 6.0 - - 0.01 11.0
상기 표 1에서 성분의 단위는 중량%이며, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물이다. 또한, B*은 Ni + 0.5Cu + 100Sb + 500B을 의미한다.
상기 냉연강판을 5℃/s의 가열속도로 800℃까지 가열하여 60초 동안 유지한 다음 600~680℃로 서냉하고 다시 20℃/s의 냉각속도로 400℃까지 급냉하여, 100초간 항온 유지처리한 다음, 400~500℃의 용융아연도금조에서 아연도금을 실시하여, 아연도금강판을 제조하였다.
상기 제조된 아연도금강판의 물성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 2에서 1000℃에서의 강 슬라브 오스테나이트 분율을 측정하기 위해, 각 열연강판을 1000℃로 미리 가열된 로 속에서 1시간 유지하고 수냉한 다음, 페라이트를 제외한 나머지 상의 분율로 간주하여 측정하였다.
구분 1000℃에서의 오스테나이트 분율(%) 탈탄층 깊이(㎛) 잔류 오스테나이트 분율(%) 인장강도(MPa) 연신율(%)
발명예1 87 3 50 1064 31.3
발명예2 26 1 25 998 38.4
발명예3 32 6 31 884 35.8
발명예4 25 7 23 798 32.1
발명예5 55 8 35 837 34.6
발명예6 12 9 12 881 37.5
비교예1 0 0 0 426 21.1
비교예2 46 20 12 742 22.2
비교예3 42 16 16 803 27.6
비교예4 16 170 5 756 26.4
비교예5 45 1 33 - -
상기 표 2에 나타나 바와 같이, 발명예의 경우에는 오스테나이트의 손실이 거의 없는 반면, 비교예에서는 매우 많은 오스테나이트 손실이 발생하여, 최종 경량강판의 본 발명의 요구하는 인장강도와 연신율을 충족하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 5의 경우는 냉간압연 소둔시편을 제작하는 것이 불가능하였는데, 이는 열간압연 과정에서 B2O3가 입계에 다량 석출하여 탈탄 억제 효과는 있었으나, 냉간압연 과정에서 취성파괴기 일어나기 때문으로 해석된다.
한편, 도 2는 상기 비교강 4의 열연강판을 대기 분위기에서 700℃에서 30분간 유지한 후, 조직 사진과 탄소 농도 분포를 나타낸 것이다. 상기 비교강 4의 열연강판은 이미 상당한 탈탄이 이루어져 탈탄층을 충분히 제거하기 위하여, 1.2㎜ 두께로 연삭한 다음, 대기 분위기에서 700℃의 온도로 가열된 로에서 30분 유지한 후 조직을 2차 전자 현미경으로 관찰하였다. 조직사진 상으로 탈탄층의 평균 깊이는 170㎛ 수준으로 보이지만, 표면으로부터 탄소의 농도를 평가한 결과, 약 400㎛ 까지 깊게 탈탄이 이루어졌음을 알 수 있다. 이에 따라, 약 400㎛ 까지 잔류 오스테나이트가 상당히 소실되어 연성이 높지 않고, C 함량이 낮은 오스테나이트는 열적 안정성이 저하하여 상온으로 냉각 중에 마르텐사이트나 탄화물을 포함하는 페라이트로 변태할 것으로 평가된다.
도 3은 발명예 4와 비교예 4의 열연강판을 대기 분위기에서 700℃로 30분간 유지한 후 표면 탈탄을 관찰한 조직사진이다.
도 3(a)의 발명강 4의 열연강판은 탈탄 깊이가 7㎛수준으로 탈탄이 거의 이뤄지지 않아, 보다 많은 양의 안정된 오스테나이트가 상온까지 잔류하여 강도와 연성이 모두 우수하다는 것을 알 수 있으나, 도 3(b)의 비교예 4의 열연강판은 탈탄 깊이가 170㎛ 수준으로 탈탄이 심하게 발생한 것을 알 수 있다.
도 4는 발명강 4의 냉간압연전 열처리에 따른 조직변화를 나타내는 사진이다.
발명강 4의 열연강판을 산세하여 표면에 형성된 산화물을 제거한 다음 이를 700℃의 온도에서 5시간 탄화물 구상화 및 오스테나이트 밴드제거 열처리를 하였다. 발명강 4는 탈탄 방지 효과를 가지므로 이와 같은 열처리를 할 수 있는 장점이 있다. 이후 67%의 냉간압연을 하고, 800℃까지 가열하여 60초간 균열하여 소둔한 다음 미세조직을 2차 전자 현미경으로 관찰하였다.
도 4 (a)는 상기 열처리 전의 미세조직으로, 열간압연 온도 영역에서 이상조직(Duplex)강은 부드러운 페라이트와 단단한 오스테나이트의 2상 조직을 갖는데, 열간압연 도중에 대부분 페라이트가 변형한다. 이는 강도가 낮은 페라이트의 회복과 재결정이 매우 빠르기 때문이다. 이에 따라 페라이트 기지 조직에 탄화물이나, 오스테나이트가 층상으로 배열하는 밴드형태의 조직이 형성된다. 이와 같은 밴드 조직은 강의 기계적성질 이방성을 야기하여 가공성을 해치고, 냉간압연 중 취성파괴를 일으키는 원인이 된다.
반면, 열처리한 도 4(b)에서의 조직은 비교적 균일하게 잔류 오스테나이트가 분포함을 알 수 있다. 이런 효과는 본 발명과 같이 탈탄이 억제되어야 가능하다. 탈탄 억제효과가 없으면, 700℃의 온도에서 구상화 열처리하는 동안 탈탄에 의해 오스테나이트의 안정성이 저하되며, 오스테나이트 소실이 생기므로 강도와 연성이 현저히 저하하는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 탈탄 억제를 통하여 탄화물 구상화 및 오스테나이트 밴드조직을 저감하는 열처리를 해도 오스테나이트의 소실이 없는 장점이 있어 종래의 기술보다 이방성이 훨씬 적은 고연성 저비중 경량강판의 제조가 가능하다.

Claims (9)

  1. 중량%로, C: 0.1~1.2%, Mn: 2~10%, Al: 3~10%, P: 0.1%이하, S: 0.01%이하를 포함하고, Ni: 5.0%이하, Cu: 5.0%이하, Sb: 0.01~0.05% 및 B: 0.01%이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
    하기 B*의 값이 2~10을 만족하고,
    강판의 미세조직은 페라이트 기지조직에 잔류 오스테나이트를 면적분율로 10~50% 포함하는 강도와 연성이 우수한 경량강판.
    B* = Ni + 0.5Cu + 100Sb + 500B (각 성분의 값은 중량%임)
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 인장강도가 700MPa 이상이고, 연신율이 30% 이상인 강도와 연성이 우수한 경량강판.
  4. 중량%로, C: 0.1~1.2%, Mn: 2~10%, Al: 3~10%, P: 0.1%이하, S: 0.01%이하를 포함하고, Ni: 5.0%이하, Cu: 5.0%이하, Sb: 0.01~0.05% 및 B: 0.01%이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 하기 B*의 값이 2~10을 만족하는 강 슬라브를 1000~1200℃로 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하고, 700℃ 이상에서 마무리 열간압연하는 단계;
    상기 열간압연 후 권취하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 500~800℃에서 1시간 이상 열처리하는 단계; 및
    상기 열연강판을 40% 이상의 냉간압하율로 냉간압연하는 단계
    를 포함하는 강도와 연성이 우수한 경량강판의 제조방법.
    B* = Ni + 0.5Cu + 100Sb + 500B (각 성분의 값은 중량%임)
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 열간압연 중 강 슬라브의 미세조직은 오스테나이트가 면적분율로 5% 이상 포함하는 강도와 연성이 우수한 경량강판의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 열연강판은 대기 분위기 700℃의 온도에서 30분간 유지하였을 때, 탈탄층이 10㎛ 이하인 강도와 연성이 우수한 경량강판의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉연강판을 1~20℃/s의 가열속도로 재결정온도~900℃까지 가열하고, 10~180초 동안 유지한 후, 1~100℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 강도와 연성이 우수한 경량강판의 제조방법.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉간압연 후, Zn,Zn-Fe, Zn-Al, Zn-Mg, Zn-Al-Mg, Al-SI 및 Al-Mg-Si 중 선택된 1종의 도금층을 형성하는 단계를 더 포함하는 강도와 연성이 우수한 경량강판의 제조방법.
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