KR20020031709A

KR20020031709A - 국부 강화형 초고강도 고장력 강판 조성물

Info

Publication number: KR20020031709A
Application number: KR1020000062382A
Authority: KR
Inventors: 윤치상
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-05-03

Abstract

본 발명은 초고강도 국부 강화형 고장력 강판 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소(C) 0.25∼0.35중량%, 규소(Si) 1.0∼1.5중량%, 망간(Mn) 1.3∼2.0중량%, 보론(B) 0.002∼0.005중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성되는 강판 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 강판 조성물을 열간 압연하여 제조한 후 범퍼 레일, 도아임팩트 빔 및 필라 등을 프레스 성형하고 강화시킬 부위를 고주파 소입 또는 레이저 조사에 의해 국부적으로 강도를 향상시키고 경량화하는데 유용하게 이용될 수 있다.

Description

국부 강화형 초고강도 고장력 강판 조성물{A composition for manufacturing steel sheets having ultra high strength by local hardening}

본 발명은 초고강도 국부 강화형 고장력 강판 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소(C) 0.25∼0.35중량%, 규소(Si) 1.0∼1.5중량%, 망간(Mn) 1.3∼2.0중량%, 보론(B) 0.002∼0.005중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성되는 강판 조성물에 관한 것이다.

강판 조성물에 탄소와 보론이 함유되어 있으면 소입 후 소려의 열처리에 의해서 경화시킴으로써 국부강화형 강판을 제조할 수 있는데, SSAB(Swedish steel)에서는 이러한 형태의 강판을 이미 4 종류 개발하였다. 상기 국부강화형 강판은 범퍼 레일, 도아 임팩트 및 필라 등에 적용되어 강도를 향상시키고 경량화 효과를 가져올 수 있다. SSAB에서 개발한 기존 국부강화형 강판의 화학성분 및 기계적 성질을 표 1 및 표 2에 나타내었다.

<표 1> SSAB에서 개발한 기존 국부강화형 강판의 화학성분

구분	탄소(중량%)	규소(중량%)	망간(중량%)	크롬(중량%)	보론(중량%)
Domex 014 BOR	0.20∼0.25	0.20∼0.35	0.7∼1.0	0.15∼0.25	0.003
Domex 024 BOR	0.20∼0.25	0.20∼0.35	1.0∼1.3	0.15∼0.25	0.003
Domex 034 BOR	0.25∼0.30	0.20∼0.35	1.0∼1.3	0.15∼0.25	0.003
Domex 044 BOR	0.25∼0.30	0.20∼0.35	1.0∼1.3	0.40∼0.60	0.003

<표 2> SSAB에서 개발한 기존 국부강화형 강판의 기계적 성질

구분	조건	항복강도(N/mm²)	인장강도(N/mm²)	연신율(%)
Domex 014 BOR	압연상태	330	520	30
	수냉	1200	1600	10
	유냉	950	1330	10
Domex 024 BOR	압연상태	350	530	28
	수냉	1200	1600	10
	유냉	990	1450	10
Domex 034 BOR	압연상태	370	600	25
	수냉	1200	1720	10
	유냉	1030	1570	10
Domex 044 BOR	압연상태	380	620	24
	수냉	1200	1720	10
	유냉	1200	1610	10

상기 표 2에 나타나 있듯이, SSAB에서 개발한 강판중에서 가장 강도가 높은 Domex 044 BOR이 열처리에 의하여 경화되면 인장강도가 1720 N/mm²로 높은 값을 나타내지만 경화되지 않은 부위의 강도는 620 N/mm²로 낮아 경량화 효과가 떨어지는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 열처리에 의한 경화시 기존강판보다 강도가 향상될 뿐만 아니라 경량화 효과가 매우 우수한 강판을 제조할 수 있는 조성물을 얻은 방법을 연구하던 중, 기존 강판 조성물보다 규소 및 망간의 함량을 높이고 기존강판 조성물에서 크롬을 제외시킨 강판 조성물을 개발하고 이를 이용하여 경량화 효과가 높아진 초고강도 국부강화형 고장력 강판을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 강도 및 경량화 효과가 향상된 초고강도 국부강화형 고장력 강판 조성물을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소(C) 0.25∼0.35중량%, 규소(Si) 1.0∼1.5중량%, 망간(Mn) 1.3∼2.0중량%, 보론(B) 0.002∼0.005중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성되는 초고강도 국부 강화형 고장력 강판을 제조용 조성물을 제공한다.

본 발명의 초고강도 국부 강화형 고장력 강판 조성물의 화학성분의 종류 및 함량을 하기 표 3에 나타내었다.

<표 3> 본 발명의 국부 강화형 고장력 강판 조성물의 화학성분의 종류 및 함량

구분	탄소(중량%)	규소(중량%)	망간(중량%)	크롬(중량%)	보론(중량%)
본 발명의 강판 조성물	0.25∼0.35	1.0∼1.5	1.3∼2.0	-	0.002∼0.005

상기 표 3에 나타나 있는 본 발명의 강판 조성물을 구성하는 각각의 화학성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

탄소는 강도를 결정하는 기본성분으로서 소재 내의 탄소량은 0.25 내지 0.35중량%가 바람직하다. 이는 소재 내의 탄소량이 0.25중량% 미만으로 첨가되면 고용강화시 강도의 향상이 작고 소입후 소려시 마르텐사이트(martensite) 조직 강도 향상도 작으며, 0.35중량%를 초과하여 첨가되면 용접성의 저하와 인성이 감소하게 되기 때문이다. 본 발명자들은 바람직한 실시예로써 탄소 0.31중량% 또는 0.32중량%로 첨가하였다.

규소는 탈산작용 및 강판 강도 확보에 유용한 치환형 고용강화 성분으로서 소재 내의 규소량은 1.0 내지 1.5중량%가 바람직하다. 이는 소재 내의 규소량이 1.0중량% 미만으로 첨가되면 강도가 향상되지 않고, 0.5중량%을 초과하여 첨가되면 성형성이 낮아지게 되기 때문이다. 본 발명자들은 바람직한 실시예로써 규소를 1.2중량% 또는 1.4중량%로 첨가하였다.

망간은 탄소와 함께 강판의 강도 향상을 위한 필수성분으로서 소입성을 향상시키고 고강도 및 고인성을 확보하기 위하여 첨가된다. 소재 내의 망간량은 1.3 내지 2.0중량%가 바람직한데, 이는 망간량이 1.3중량% 미만으로 첨가되면 충분한 강도를 얻을 수 없으며, 2.0중량%를 초과하여 첨가되면 신율이 낮아지게 되기 때문이다. 본 발명자들은 바람직한 실시예로써 망간을 1.6중량% 또는 1.8중량%로 첨가하였다.

보론은 가장 경제적으로 소입성을 향상시킬 수 있는 필수성분으로서 소재 내의 규소량은 0.002 내지 0.005중량%가 바람직하다. 이는 소재 내의 보론량이 0.002중량% 미만으로 첨가되면 충분한 소입성 향상효과를 얻을 수 없으며, 0.005중량%를 초과하여 첨가되면 보론 화합물(Fe₃B) 형성에 기인한 열간 취성이 나타내기 때문이다. 본 발명자들은 바람직한 실시예로써 보론을 0.003중량% 또는 0.004중량%로 첨가하였다.

본 발명의 국부강화형 강판 조성물을 열간압연하고 소입후 소려함으로써 제조되는 강판은 범퍼 레일, 도아임팩트 빔 및 필라 등에 적용되어 강도를 향상시키고 경량화하는데 유용하게 이용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 초고강도 국부강화형 고장력 강판의 제조

탄소 0.31중량%, 규소 1.2중량%, 망간 1.6중량%, 보론(B) 0.004중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성된 본 발명의 강판 조성물을 1200℃에서 가열하여 열간압연한 후 930℃에서 마무리 압연한 다음 권취하였다. 본 강판은 강도가 낮고 성형성이 좋은 압연상태 그대로 부품 프레스를 한 후 고주파소입 또는 레이저 조사에의해 강판의 조직을 오스테나이트로 만들고 수냉 또는 유냉에 의해 급냉시켜 조직의 일부를 마르텐사이트로 만들어 경화시킨다.

<실시예 2> 초고강도 국부강화형 고장력 강판의 제조

탄소 0.32중량%, 규소 1.4중량%, 망간 1.8중량%, 보론(B) 0.003중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성된 본 발명의 조성물을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 강판을 제조하였다.

<비교예 1> 종래기술에 의한 국부강화형 강판Ⅰ의 제조

탄소 0.20중량%, 규소 0.30중량%, 망간 0.85중량%, 크롬 0.2중량%, 보론 0.003중량%를 포함하고 나머지는 철로 구성된 본 발명의 조성물을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 강판Ⅰ(Domex 014 BOR, SSAB, Swedish)을 제조하였다.

<비교예 2> 종래기술에 의한 국부강화형 강판 Ⅱ의 제조

탄소 0.20중량%, 규소 0.30중량%, 망간 1.2중량%, 크롬 0.2중량%, 보론 0.003중량%를 포함하고 나머지는 철로 구성된 조성물을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 강판 Ⅱ(Domex 024 BOR, SSAB, Swedish)을 제조하였다.

<비교예 3> 종래기술에 의한 국부강화형 강판 Ⅲ의 제조

탄소 0.3중량%, 규소 0.30중량%, 망간 1.2중량%, 크롬 0.2중량%, 보론 0.003중량%를 포함하고 나머지는 철로 구성된 조성물을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 강판 Ⅲ(Domex 034 BOR, SSAB, Swedish)을 제조하였다.

<비교예 4> 종래기술에 의한 국부강화형 강판 Ⅳ의 제조

탄소 0.3중량%, 규소 0.30중량%, 망간 1.2중량%, 크롬 0.5중량%, 보론 0.003중량%를 포함하고 나머지는 철로 구성된 조성물을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 강판 Ⅳ(Domex 044 BOR, SSAB, Swedish)을 제조하였다.

<실험예> 강도 및 연신율시험

실시예 1∼2 및 비교예 1∼4에서 제조된 강판의 기계적 성질을 비교하기 위하여 상기 6 종류의 강판에 대하여 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하는 하기와 같은 시험을 실시하였다.

먼저, 시험강판을 25 톤 즈빅 인장시험기로 KS 5호의 인장시험편을 10mm/분의 속도로 인장하여 0.2% offset법에 의해 항복강도를 측정하였고, 최대인장하중을 단면적으로 나누어 인장강도를 측정하였으며 연신율은 표점거리 50mm를 사용하여 파단시까지 늘어난 길이를 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다

<표 4> 실시예 1∼2 및 비교예 1∼4에서 제조된 강판의 기계적 성질

구분	조건	항복강도(N/mm²)	인장강도(N/mm²)	연신율(%)
실시예 1의 강판	압연상태	530	820	18
	수냉	1420	1880	8
	유냉	1360	1720	8
실시예 2의 강판	압연상태	560	850	15
	수냉	1550	1960	7
	유냉	1450	1920	7
비교예 1의 강판	압연상태	330	520	30
	수냉	1200	1600	10
	유냉	950	1330	10
비교예 2의 강판	압연상태	350	530	28
	수냉	1200	1600	10
	유냉	990	1450	10
비교예 3의 강판	압연상태	370	600	25
	수분소입	1200	1720	10
	유냉	1030	1570	10
비교예 4의 강판	압연상태	380	620	24
	수냉	1200	1720	10
	유냉	1200	1610	10

상기 표 4에 나타나 있듯이, 압연상태의 조건 하에서 실시예 1 및 2에서 제조된 강판은 비교예 1∼4에서 제조된 기존의 강판보다 항복강도는 약 150 내지 230 N/mm²만큼 향상되었고 인장강도는 200 내지 330 N/mm²만큼 향상되었음을 확인하였다. 또한, 수분소입 조건 하에서 실시예 1 및 2에서 제조된 강판은 비교예 1∼4에서 제조된 기존의 강판보다 항복강도는 약 220 내지 350 N/mm²만큼 향상되었고 인장강도는 160 내지 360 N/mm²만큼 향상되었음을 확인하였다. 아울러, 오일소입 조건 하에서 실시예 1 및 2에서 제조된 강판은 비교예 1∼4에서 제조된 기존의 강판보다 항복강도는 약 160 내지 500 N/mm²만큼 향상되었고 인장강도는 110 내지 590 N/mm²만큼 향상되었음을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 강판 조성물을 이용하여 항복강도 및 인장강도가 향상된 경량의 초고강도 국부강화형 고장력 강판을 제조하였다.

본 발명의 강판 조성물은 높은 강도 뿐만 아니라 10% 이상의 경량화 효과를 가지며, 이러한 경량화에 의하여 연비 및 가속성능이 향상된 초고강도 국부강화형 고장력 강판을 제조하는데 유용하게 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 강판 조성물을 이용하여 강판을 제조하면 보강재 삭제가 가능하므로 금형비 및 용접비가 감소되기 때문에 원가가 절감되는 경제적인 효과도 얻을 수 있다.

Claims

탄소(C) 0.25∼0.35중량%, 규소(Si) 1.0∼1.5중량%, 망간(Mn) 1.3∼2.0중량%, 보론(B) 0.002∼0.005중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성되는 초고강도 국부강화형 고장력 강판 조성물.