KR20160078533A - 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예를 따르는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판은, 탄소(C): 0.7~1.0 중량%, 망간(Mn): 10~14 중량%, 실리콘(Si): 0.5~2 중량%, 바나듐(V): 0.1~0.6 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법{MEDIUM MANGANESE STEEL SHEET HAVING HIGH-ELONGATION AND HIGH-STRENGTH AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
중망간강은 강도가 높고 성형성이 우수하여 차세대 자동차용 강판 등으로 많은 관심을 받고 있으며, 현재 자동차용 구조부재로 사용되고 있다. 그러나 망간을 다량 첨가함에 따라 제조비용이 높고, 제조상의 어려움이 많은 단점이 있다. 따라서, 제조비용을 낮추면서도 강도 및 성형성을 유지하는 것이 요구된다. 이러한 중망간강판을 하중지지를 위한 구조부재에 적용하기 위해서는 부품의 형상을 변경하는 등의 추가적인 공정이 요구된다.
이러한 조건을 충족하기 위하여 종래에는 페라이트 구조를 가지는 극저탄소강이 사용되어 왔다. 하지만, 페라이트 초저탄소강은 성형성은 어느 정도 보장될 수 있지만, 항장력 및 강도가 충분하지 않아, 차체의 중량 경감이 어렵고 자동차의 안전성을 보증할 수가 없다는 문제점이 존재하였다. 또한, 이러한 항장력 및 강도의 보완을 위하여 탄소를 더 첨가하는 경우에는 강중에 탄화물 또는 산화물이 과다하게 형성될 수 있어 성형성이 저하될 수 있다.
이러한 극저탄소강의 낮은 강도를 보완할 수 있는 복합조직 강판(multiphase steel)이 미국 특허 제4,854,976호에 개시된 바 있으나, 이 강재는 베이나이트(bainite) 및 마르텐사이트 조직의 영향으로 성형성이 좋지 않은바, 높은 성형성을 필요로 하지 않는 부재에만 한정적으로 사용된다는 단점이 존재한다.
미국 특허 제4,854,976호
본 발명은 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예를 따르는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판은, 탄소(C): 0.7~1.0 중량%, 망간(Mn): 10~14 중량%, 실리콘(Si): 0.5~2 중량%, 바나듐(V): 0.1~0.6 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예를 따르는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판의 제조 방법은, 탄소(C): 0.7~1.0 중량%, 망간(Mn): 10~14 중량%, 실리콘(Si): 0.5~2 중량%, 바나듐(V): 0.1~0.6 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계, 상기 슬라브를 1200 내지 1350℃로 가열하는 단계, 상기 가열된 슬라브를 900 내지 1000℃로 마무리 압연하는 열간 압연 단계, 상기 열간 압연된 강판을 400 내지 700℃에서 권취하는 단계, 상기 권취된 강판을 1200 내지 1350℃로 재가열하는 단계, 상기 재가열된 강판을 산세하고 압하율 30 내지 60%로 냉간 압연하는 단계 및 상기 냉간 압연된 강판을 650 내지 900℃에서 소둔하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예를 따르면, 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판의 미세조직을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 목적은 주로 자동차용 소재로 사용되는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 자동차 소재와 같이 고강도 및 고연신율이 중요한 분야에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다.
중망간강은 강도가 높고 성형성이 우수하여 차세대 자동차용 강판 등으로 많은 관심을 받고 있으며, 현재 자동차용 구조부재로 사용되고 있다. 그러나 망간을 다량 첨가함에 따라 제조비용이 높고, 제조상의 어려움이 많은 단점이 있다. 따라서, 제조비용을 낮추면서도 강도 및 성형성을 유지하는 것이 요구된다.
앞서 설명한 바와 같이 일반적으로 고강도 및 고연신율에 따른 성형성은 자동차용 강판 등에서 가장 중요한 특성중의 하나로서 승객의 안전 보장 및 다양한 디자인을 가진 제품을 제조하기 위해 요구된다.
이와 같은 특성을 포함한 강판을 제조하기 위해, 일반적으로 강도와 연신율을 동시에 개선하는 방법은 망간을 15 중량% 이상으로 다량 첨가하고 탄소를 0.5 중량% 내외로 첨가하는 방법이 사용된다. 그러나 망간을 다량첨가 하는 경우 제조비용이 증가할 뿐 만 아니라, 합금철 양이 증가함에 따라 전로 등 설비의 손상이 심하고, 주편을 제조하는 경우 품질이 저하되는 일이 발생한다. 또한, 망간의 함량이 증가하면 열간압연 중의 압연 하중이 증가하고, 연속 압연, 소둔 공정에서 라인용접성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 망간 첨가양을 줄이고, 탄소첨가 양을 높게 하여 망간이 낮음에도 불구하고 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예를 따르는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판은, 탄소(C): 0.7~1.0 중량%, 망간(Mn): 10~14 중량%, 실리콘(Si): 0.5~2 중량%, 바나듐(V): 0.1~0.6 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판은 오스테나이트 단상을 가질 수 있다. 오스테나이트 단상을 가짐으로써 상온에서 고연신율을 얻을 수 있어 성형성이 개선된다. 오스테나이트의 안정도를 확보하기 위해 오스테나이트 안정화원소인 망간을 줄이는 대신에 탄소 첨가양을 증가하고, 페라이트 안정화 원소인 실리콘의 양을 조정하여 오스테나이트 단상조직을 확보하였다. 또한 강의 강도를 증가시키기 위해서 바나듐의 첨가량을 적절히 조절하였다.
성분계 및 성분범위
이하 본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판의 성분계 및 성분범위에 대하여 설명한다.
탄소(C): 0.7~1.0 중량%
탄소(C)는 강내에서 고용되거나 석출상을 형성하여 강도를 증가시키는 역할을 한다.
탄소(C)는 망간(Mn)을 대체하는 원소에 해당한다. 망간(Mn)의 함량을 줄이면서도 강도를 유지하기 위해 탄소(C)를 0.7 중량%이상 첨가해야 한다. 탄소(C)의 함량이 과다한 경우 탄화물 분율과 크기가 증가하고, 열처리에 의해 분해되지 않으므로 탄소(C)의 첨가량은 1.0 중량%로 제한된다.
망간( Mn ): 10~14 중량%
망간(Mn)은 오스테나이트 조직을 안정화시키는 역할을 한다.
망간(Mn)은 오스테나이트 단상을 얻기 위해 10 중량% 이상 첨가한다. 망간(Mn)의 함량이 14 중량%를 초과하면 제조비용 상승, 합금철의 양이 증가하는 경우 전로 등 설비의 손상 발생, 주편을 제조하는 경우 품질 저하 등의 문제점이 발생한다. 또한, 열간압연 시 압연 하중이 증가하고, 연속 압연 또는 소둔 공정에서 라인용접성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 망간(Mn)의 함량은 10~14 중량%로 조절된다.
실리콘( Si ): 0.5~2 중량%
실리콘(Si)은 오스테나이트 안정화 원소로 항복강도를 증가시키는 오스테나이트 분율에 큰 영향을 미치는 원소인다. 자동차용 고강도강에서 탄화물이 형성되는 것을 방지하는데 효과적인 원소로 알려져 있다. 실리콘(Si)은 강의 탈산제로 사용되며, 과도하게 첨가되는 경우 표면에 산화물을 형성하여 산세성을 감소시키고, 크랙 등을 유발하여 표면품질을 저하시키는 원소로 알려져 있다.
실리콘(Si)은 오스테나이트 단상을 유지하고, 강도를 증가시키면서 동시에 페라이트 형성을 방지하기 위해 0.5 중량% 이상 첨가된다. 다만, 실리콘(Si)의 함량이 2 중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화물을 형성하여 크랙 등을 형성하고, 페라이트 분율이 증가하여 연신율이 저하되므로 실리콘(Si)의 첨가량은 2 중량%로 제한된다.
바나듐(V): 0.1~0.6 중량%
바나듐(V)은 탄질화물 형성 경향이 높은 원소로 미량 첨가에도 석출상 형성이 잘 되는 원소이이다.
석출상을 형성하는 경우 석출상에 의해 강도가 증가되고 결정입도가 미세하게 형성되어 항복강도가 증가한다. 따라서 효과적인 석출상 형성을 위해 바나듐(V)은 0.1 중량%이상 첨가된다. 그러나 바나듐(V)을 0.6 중량% 초과하여 첨가하는 경우 합금원가가 증가하고, 조대한 석출상을 형성하여 성형성이 저하되는 효과가 발생한다.
황(S): 0.05 중량% 이하
황(S)은 개재물의 제어를 위하여 0.05 중량% 이하로 첨가된다. 황(S)의 양이 0.05 중량%를 초과하면 열간취성의 문제점이 발생한다.
인(P): 0.08 중량% 이하
인(P)은 편석이 쉽게 발생되는 원소로 주조시 균열발생의 원인이 된다. 이를 방지하기 위하여 인(P)의 함량은 0.08 중량% 이하로 제어되어야 한다. 인(P)의 양이 0.08%를 초과하면 주조성이 악화될 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판에서 상기 성분들을 제외한 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자에게 자명한 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
상기 중망간강판의 조직은 오스테나이트 단상조직일 수 있다. 또한, 상기 중망간강판은 고강도 및 고연신율을 갖을 수 있다. 바람직하게는 상기 중망간강판은 인장강도가 1300MPa 이상, 인장강도×연신율 값이 30000MPa·% 이상일 수 있다.
제조 방법
이하 본 발명의 실시 예를 따르는 고항복비 및 고강도를 갖는 고망간강판의 제조 방법을 설명한다.
가열하는 단계
앞서 설명한 성분계 및 성분범위를 갖는 슬라브를 1200 내지 1350℃ 온도에서 가열한다. 이와 같이 슬라브를 가열함으로써 압연하중을 줄이고, 주조 중에 형성된 주조조직을 균일하게 하고, 탄화물을 재고용한다.
가열온도가 1200℃ 보다 낮으면 주조 중에 형성된 탄화물이 충분히 재고용되지 않기 때문에 조대한 탄화물이 형성되는 문제점이 있다. 또한, 가열온도가 1350℃ 보다 높으면 고온 가열로 인하여 내부산화가 심하게 발생되어 표면품질이 나빠지는 문제가 있다.
열간 압연하는 단계
상기 가열공정을 거친 슬라브는 900 내지 1000℃로 마무리 압연하는 열간 압연 단계를 거친다.
열간압연 마무리 온도가 900℃ 보다 낮은 경우 압연 중 부하가 커지는 문제점과 변형 저항이 높은 문제점이 있다. 또한, 열간 압연 마무리 온도가 1000℃ 보다 높으면 표면품질이 저하되는 문제가 있다.
권취하는 단계
상기 열간 압연하는 단계를 거친 강판을 코일형태로 권취한다. 열간압연 후, 예를 들면, 열간압연된 강판을 냉각수에 의해 귄취온도까지 냉각한다.
이 때, 권취 온도는 400 내지 700℃로 설정 한다. 권취 온도가 400℃ 보다 낮으면 냉각을 위해 다량의 냉각수가 필요하고, 권취 시 하중이 크게 작용하는 문제점이 있다.
한편, 권취 온도가 700℃ 보다 높으면 권취 후 냉각과정 중에 강판 표면의 산화피막과 강판 기지조직과의 반응이 진행되어 산세성을 악화시키는 문제점이 있다.
재가열하는 단계
권취된 강판을 냉간압연 전에 1200 내지 1350℃ 온도에서 재가열한다.
본 공정은 탄화물을 분해하여 성형성을 개선하는 역할을 한다. 특히, 열간 압연을 통해 분쇄된 탄화물은 재가열 공정을 통해 쉽게 분해되기 때문에, 본 재가열 공정은 미세조직을 균일하게 하는데 도움을 준다.
가열온도가 1200℃ 보다 낮으면 주조 중에 형성된 탄화물이 충분히 재고용되지 않기 때문에 조대한 탄화물이 형성되는 문제점이 있다. 또한, 가열온도가 1350℃ 보다 높으면 고온 가열로 인하여 내부산화가 심하게 발생되어 표면품질이 나빠지는 문제가 있다.
산세 및 냉간 압연하는 단계
상기 권취된 강판을 산세한 후 압하율 30 내지 60%로 냉간 압연한다.
본 발명에서 상기 산세 공정은 당해 기술 분야에 잘 알려진 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 권취된 강판의 표면에 형성된 산화물을 일반적인 산(acid) 용액으로 제거할 수 있다. 예를 들면, 5% 내지 15% 농도의 염산 용액을 이용하여 수행될 수 있다. 산의 농도가 5%보다 낮은 경우에는 표면 산화 피막의 완전한 제거가 어렵고 반면 15%를 초과하면 과산세가 되는 문제점이 있다. 산세 시간은 조업 속도에 의하여 결정되므로 특별히 한정하지 않는다. 산세 온도 역시 특별히 제한되지 않는다. 고온에서 산세 공정을 수행하면 설비의 부식이 촉진되고 유독 가스가 발생하는 문제가 있고, 저온에서 수행하면 산세 반응이 느려 조업시간이 길어지는 문제점이 있다. 따라서, 산세 온도는 이러한 점들을 고려하여 결정될 수 있다.
냉간압연 시 압하율은 일반적으로는 요구되는 제품의 두께에 따라 결정되지만, 본 발명의 실시 예를 따르는 고망간강판의 경우에는 냉간압연 후 열처리 과정에서 재결정이 진행되기 때문에 재결정의 구동력을 잘 제어하는 것이 필요하며, 이 때문에 압하율이 30 내지 60%로 조절되어야 한다.
압하율이 30% 보다 낮으면 제품의 강도가 떨어지는 문제점이 있고, 압하율이 60% 보다 높으면 압연기의 부하가 증가하는 문제점이 있다.
소둔하는 단계
냉간압연된 강판을 소둔한다. 소둔은 예를 들면, 연속소둔방식으로 행할 수 있다.
소둔 온도는 650 내지 900℃로 설정하고, 바람직하게는 800 내지 900℃로 설정한다. 소둔 온도가 650℃ 보다 낮으면 재결정이 충분히 일어나지 않는 문제점이 있고, 소둔 온도가 900℃ 보다 높으면 강판의 표면에 산화물이 형성되고, 연속 작업시 전/후 연결제품과의 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 따라서, 소둔 온도는 650 내지 900℃로 조절한다.
실시 예
하기 표 1의 조성을 갖는 강 슬라브를 가열, 열간압연, 권취, 재가열, 냉간압연 및 소둔하여 냉연강판을 제조하였다. 하기 표 1 및 표 2에서 실시 예는 본 발명의 조성에 부합되는 것이고, 비교 예는 본 발명의 조성 중 어느 하나 이상을 벗어난 것이다.
하기 표 1의 실시 예 및 비교 예는 조성 및 소둔 온도를 표 1에 따르는 것을 제외하고 동일한 공정에 의해 제조된 것이다. 구체적으로, 실시 예 및 비교 예의 내연강판은 하기 표 1의 조성을 갖는 슬라브를 1300℃ 온도에서 가열하고, 950℃로 마무리 압연하고, 550℃에서 권취하고, 1300℃ 온도에서 재가열하고, 압하율 50%로 냉간 압연한 후 표 1의 온도에 따라 연속 소둔한 것이다.
상기와 같이 제조된 냉연강판에 대하여 항복강도, 인장강도, 연신율, 항복비, 인장강도×연신율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 하기 표 2의 실시 예 2의 강판에 대하여 미세조직을 관찰하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
탄소
(C)		 실리콘
(Si)		 망간
(Mn)		 인
(P)		 황
(S)		 알루미늄
(Al)		 니오븀
(Nb)		 바나듐
(V)		 소둔온도
(℃)
비교 예1 0.15 0.42 2.50 0.010 0.0060 0.05 0.026 -　 800
비교 예2 0.87 0.95 11.80 0.010 0.0080 　- 　- - 700
비교 예3 0.84 1.05 11.10 0.009 0.0050 　- 　- 0.7 700
비교 예4 0.87 0.95 11.80 0.008 0.0090 　- 　- - 800
실시 예1 0.90 1.10 11.60 0.027 0.0085 　- 　- 0.2 800
실시 예2 0.86 1.20 11.20 0.009 0.0080 　- 　- 0.5 800
실시 예3 0.90 1.10 11.60 0.010 0.0050 　- 　- 0.2 900
실시 예4 0.86 1.20 11.20 0.009 0.0090 　- 　- 0.5 900
비교 예5 0.87 0.95 11.80 0.009 0.0080 　- 　- - 900
비교 예6 0.84 1.05 11.10 0.008 0.0085 　- 　- 0.7 900
비교 예7 0.45 0.01 12.00 0.012 0.0110 1.48 　- -　 800
비교 예8 0.44 0.01 14.80 0.012 0.0090 1.40 　- -　 800
비교 예9 0.43 0.01 15.00 0.009 0.0050 0.05 　- -　 800
비교 예10 0.15 0.02 15.00 0.010 0.0050 1.50 　- -　 800
항복강도(MPa) 인장강도(MPa) 연신율(%) 항복비(%) 인장강도X연신율
(MPa·%)
비교 예1 520.0 800.0 23.0 0.65 18400
비교 예2 793.0 1261.0 14.6 0.63 18411
비교 예3 1156.0 1299.0 5.6 0.89 7274
비교 예4 524.0 1308.0 15.5 0.40 20274
실시 예1 755.0 1386.0 23.3 0.54 32294
실시 예2 859.0 1316.0 23.5 0.65 30926
실시 예3 609.0 1325.0 37.7 0.46 49953
실시 예4 710.0 1305.0 24.8 0.54 32364
비교 예5 429.0 1164.0 44.9 0.37 52264
비교 예6 733.0 1259.0 21.6 0.58 27194
비교 예7 339.0 678.0 40.3 0.50 27323
비교 예8 341.0 862.0 63.2 0.40 54478
비교 예9 373.0 978.0 37.0 0.38 36186
비교 예10 377.0 1019.0 52.5 0.37 53498
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시 예1 내지 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 성분계 및 성분범위를 포함하는 경우로서, 인장강도가 1300MPa 이상이고, 인장강도×연신율 값이 30000MPa·% 이상임을 알 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 부합되는 실시 예2의 강판은 오스테나이트의 단상조직을 포함함을 알 수 있다.
반면, 본 발명의 실시 예에서 벗어난 성분계 및 성분범위를 포함하는 비교 예1 내지 10은 인장강도가 1300MPa 보다 작거나, 인장강도가 높더라도 인장강도×연신율 값이 30000MPa·% 보다 낮은 값을 갖는다.
이를 통하여, 본 발명의 실시 예에 따라 중망간강판을 제조함으로써 고연신율 및 고강도를 갖는 중망간강판을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 탄소(C): 0.70~1.0 중량%, 망간(Mn): 10~14 중량%, 실리콘(Si): 0.5~2 중량%, 바나듐(V): 0.1~0.6 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판.
  2. 제1항에 있어서,
    오스테나이트 단상조직을 갖는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판.
  3. 제1항에 있어서,
    인장강도가 1300MPa 이상인 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판.
  4. 제1항에 있어서,
    인장강도×연신율 값이 30000MPa·% 이상인 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판.
  5. 탄소(C): 0.70~1.0 중량%, 망간(Mn): 10~14 중량%, 실리콘(Si): 0.5~2 중량%, 바나듐(V): 0.1~0.6 중량%, 황(S): 0.05 중량% 이하, 인(P): 0.08 중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계;
    상기 슬라브를 1200 내지 1350℃로 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 900 내지 1000℃로 마무리 압연하는 열간 압연 단계;
    상기 열간 압연된 강판을 400 내지 700℃에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 강판을 1200 내지 1350℃로 재가열하는 단계;
    상기 권취된 강판을 산세하고 압하율 30 내지 60%로 냉간 압연하는 단계; 및
    상기 냉간 압연된 강판을 650 내지 900℃에서 소둔하는 단계;를 포함하는 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소둔하는 단계에서 소둔 온도는 800 내지 900℃인 고강도 및 고연신율을 갖는 중망간강판의 제조 방법.




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CN109333001A (zh) * 2018-09-30 2019-02-15 苏州普热斯勒先进成型技术有限公司 高强钢汽车外覆盖件总成及其制造方法
CN110423943A (zh) * 2019-08-20 2019-11-08 盐城工学院 一种超细球磨衬板及其制备方法

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