KR20020031709A - 국부 강화형 초고강도 고장력 강판 조성물 - Google Patents
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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
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 (1)
- 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.
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