KR20240098498A

KR20240098498A - 성형성이 우수한 고항복비형 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20240098498A
Application number: KR1020220180314A
Authority: KR
Inventors: 류주현; 한태교; 박준호; 조경래
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2024-06-28

Abstract

본 발명은 자동차 구조부재 등으로 사용될 수 있는 성형성이 우수한 고항복비형 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

성형성이 우수한 고항복비형 강판 및 그 제조방법{HIGH YIELD RATIO STEEL SHEET HAVING EXCELLENT WORKABILITY, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

최근 각종 환경 규제 및 에너지 사용 규제에 의해 연비향상이나 내구성 향상을 위하여 고강도 강판의 사용이 요구되고 있다. 특히, 최근 자동차의 충격 안정성 규제가 확대되면서 차체의 내충격성 향상을 위해 멤버(member), 시트레일(seat rail) 및 필라(pillar) 등의 구조 부재에 항복강도가 우수한 고강도강이 채용되고 있다. 구조부재는 인장강도 대비 항복강도, 즉, 항복비(항복강도/인장강도)가 높을수록 충격에너지 흡수에 유리한 특징을 가지고 있다. 그러나 일반적으로 강판의 강도가 증가할수록 연신율이 감소하여 성형가공성이 저하되는 문제점이 발생하므로, 고항복비와 성형성이 동시에 향상된 재료의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한편, 통상적으로 강을 강화하는 방법에는 고용강화, 석출강화, 결정립 미세화에 의한 강화 및 변태강화 등이 있다. 고용강화 및 결정립 미세화 강화 방법은 인장강도 기준 500MPa급 이상의 고강도강을 제조하기가 매우 어렵고, 변태 강화 방법은 강도 확보 및 변태 조직 형성을 위해 다량의 합금 성분이 필요할 뿐만 아니라 그 하부조직이 베이나이트 혹은 마르텐사이트로 이루어져 있기 때문에 항복비가 낮아 자동차 충돌시 내충격 특성을 요구하는 부품에 적용하기 적절하지 못하다는 단점이 있다.

반면, 석출강화형 강판은 주로 Nb, Ti, V 등과 같은 탄,질화물 형성원소의 첨가를 통한 석출 강화 및 결정립 미세화에 의해 강도를 향상시킨 강판으로서, 낮은 제조 원가로도 고강도화를 쉽게 이룰 수 있다는 장점을 가지고 있다. 석출 강화 방법은 우선 강을 고온에서 용체화처리를 행한 다음 냉각 중에 미세한 석출물들을 다수 형성시켜 석출물 주변의 응력장에 의해 강화되는 현상을 이용하는 것이다. 이러한 석출강화형 강판의 대표적인 기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다.

특허문헌 1은 석출물 형성원소인 Nb 또는 V를 이용하고, 열간압연 후 가속냉각에 의하여 강도를 상승시키는 기술을 제안하고 있다. 그러나, 상기 기술은 권취온도가 400℃ 이하로 설정되어 있어서 균일한 페라이트 조직을 형성하는 대신에 저온 냉각시 베이나이트 또는 마르텐사이트 조직이 형성되어 가동전위 도입으로 인하여 항복비가 낮은 문제점을 가지고 있다.

한편 특허문헌 2는 페라이트(ferrite)를 기지조직으로 하여, 펄라이트(pearlite) 2~10 면적%를 포함하는 미세조직을 가지며, 주로 Ti과 같이 탄,질화물 형성 원소의 첨가를 통한 석출 강화 및 결정립 미세화에 의해 강도를 향상시킨 강판을 제시하고 있다. 상기 특허문헌 2는 낮은 제조원가 대비 높은 강도를 쉽게 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 연성에 대한 기술을 하고 있지 않아 강판의 성형성이 열위한 문제가 있을 수 있다.

따라서 상술한 문제점을 해결하여, 높은 항복비와 성형성을 나타내면서도 고강도를 나타낼 수 있는 강재가 요구되고 있는 실정이다.

일본 공개특허공보 특개평4-221015호 한국 공개특허 제10-2015-0073844호

본 발명의 일측면은 고항복비를 가지며, 성형성이 우수한 강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제는 상술한 사항에 한정되지 아니한다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기술되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일태양은 중량%로 C: 0.04~0.15%, Si: 0.5%이하, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.2% 이하, Nb: 0.1% 이하, V: 0.2% 이하, Mo: 0.5%이하, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하며,

면적분율로, 95% 이상의 페라이트와 나머지는 마르텐사이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 포함하는 미세조직을 가지며,

상기 페라이트 상의 평균 결정립 크기는 5㎛ 이상 10㎛ 미만이고, 상기 페라이트 상의 형상비(Aspect ratio)가 0.8이상이며,

상기 미세조직내에는 평균 크기 50nm이하의 Ti, Nb, V, Mo계 미세석출물이 1 제곱미터(1㎡)당 10¹²개 이상 10¹⁵개 이하로 분포되어 있는 강판에 관한 것이다.

[관계식 1]

0.2 ≤ (21[Ti] + 11[Nb] + 20[V] + 10[Mo])×[C] ≤ 0.7

(여기서, [Ti], [Nb], [V], [Mo], [C]는 해당 원소의 중량%를 의미한다.)

본 발명의 다른 일태양은 중량%로 C: 0.04~0.15%, Si: 0.5%이하, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.2% 이하, Nb: 0.1% 이하, V: 0.2% 이하, Mo: 0.5%이하 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 가열하는 공정;

상기 강 슬라브를 마무리압연 출구측 온도가 Ar₃~Ar₃+50℃가 되도록 열간압연함으로써 열연강판을 제조하는 공정;

상기 열연강판을 400~700℃에서 권취 후 0.1℃/s 이하의 평균 냉각속도로 상온까지 냉각하는 공정; 및

상기 냉각된 열연강판을 40~80%의 압하율로 냉간압연한 후, 이를 850℃ 초과 950℃ 이하의 온도 범위에서 연속소둔하는 공정;

을 포함하는 강판 제조방법에 관한 것이다.

[관계식 1]

0.2 ≤ (21[Ti] + 11[Nb] + 20[V] + 10[Mo])×[C] ≤ 0.7

본 발명에 의하면, 590MPa 이상의 높은 인장강도를 갖고, 항복비가 0.8 이상이며, 연신율이 24% 이상의 고강도 강판을 제조할 수 있다. 이를 통해 자동차용 구조부재로서 충돌 안전성을 요구하는 부품에 사용될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 태양을 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시예에서, 발명예 1의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 2는 실시예에서, 발명예 1의 미세 석출물을 나타낸 사진이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 관련 정의가 이와 명백히 반대되는 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 구성을 구체화하고, 다른 구성의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.

달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지도록 해석된다.

본 발명자들은 성분 및 소둔 조업조건이 특정한 관계를 만족할 때 목표로 하는 인장물성과 미세조직을 구현할 수 있음을 실험을 통해 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

먼저, 본 발명 일구현예에 따른 강판에 대해 상세히 설명한다. 상기 강판은 중량%로 C: 0.04~0.15%, Si: 0.5%이하, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.2% 이하, Nb: 0.1% 이하, V: 0.2% 이하, Mo: 0.5%이하 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 후술하는 관계식 1을 만족한다. 이하에서는 본 발명의 강판 조성성분 및 그 함량 제한 이유에 대해 설명하며, 여기에서, "%"는 달리 언급한 바가 없다면 "중량%"를 의미한다.

C: 0.04~0.15%

강중 탄소(C)는 고용강화를 위해 첨가되는 매우 중요한 원소이다. 또한 탄소는 석출원소와 결합하여 미세 탄화물을 생성함으로써 강도에 기여한다. 하지만 그 양이 0.15%를 초과하면 상기의 원인 및 경화능의 증가로 냉각중 마르텐사이트가 형성되어 강도가 급격히 증가하여 연신율의 감소를 초래하여 본 발명이 목표로하는 연신율의 확보가 불가능하다. 또한 용접성이 열위하여 고객사 부품가공시 용접결함이 발생한다. 반면에 탄소함량이 0.04% 미만으로 낮아지면 원하는 강도를 확보하기 매우 어렵기 때문에 그 함량을 0.04~0.15%로 제한함이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.6~0.13% 범위로 제한하는 것이다.

Si: 0.5% 이하(0%는 제외)

실리콘(Si)은 페라이트 안정화 원소로서 냉각중 페라이트 변태를 촉진하여 본 발명이 목표로하는 페라이트의 분율 확보에 유리한 원소이다. 또한 고용강화능이 좋아 페라이트의 강도를 높이는데 효과적이며, 강판의 연성을 저하시키지 않으면서 강도를 확보할 수 있는 유용한 원소이다. 하지만, 0.5%를 초과하게 되면 고용강화의 효과가 커져 연신율의 감소가 나타나고, 표면 스케일결함을 유발하여 도금 표면품질이 열위되며, 또한 화성 처리성을 떨어뜨리기 때문에 첨가량을 0.5% 이하로 제한함이 바람직하다.

Mn: 0.5~2.0%

망간(Mn)은 강중 황을 완전히 MnS로 석출시켜 FeS의 생성에 의한 열간취성을 방지함과 더불어 강을 고용강화시키는 원소이다. 그 함량이 0.5% 미만이면 본 발명에서 목표로 하는 강도 확보에 어려움이 있으며, 반면, 2.0%를 초과하게 되면 용접성, 열간압연성 등의 문제가 발생될 가능성이 높고, 동시에 경화능을 증가시켜 마르텐사이트를 보다 용이하게 형성시킬 수 있어 연신율의 감소를 가져올 수 있다. 또한 조직 내 Mn-Band(Mn 산화물의 띠)가 형성되어 가공크랙 및 판파단 발생 위험이 높아지는 문제가 있으며, 소둔시 Mn 산화물이 표면에 용출되어 도금성을 크게 저해하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 0.5~2.0%로 제한함이 바람작하며, 보다 바람직하게는, 0.8~1.8% 범위로 제한하는 것이다.

Ti: 0.2% 이하

티타늄(Ti)은 미세 탄화물 형성원소로써 항복강도 및 인장강도의 확보에 기여한다. 또한, Ti은 질화물 형성원소로써 강중 N를 TiN으로 석출시켜 AlN 석출을 억제하는 효과가 있어 연주시 크랙이 발생할 위험성을 저감시키는 장점이 있다. 그러나 Ti 함량이 0.2%를 초과하면 조대한 탄화물이 석출되고, 강중 탄소량 저감에 의하여 강도 및 연신율의 감소가 이루어질 수 있으며, 연주시 노즐 막힘을 야기할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 Ti 함량을 0.2% 이하로 제한함이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.15% 이하로 제한하는 것이다.

Nb: 0.1% 이하

니오븀(Nb)은 오스테나이트 입계에 편석되어 소둔열처리시 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하고, 미세한 탄화물을 형성하여 강도 증가에 기여하는 원소이다. 그러나 Nb 함량이 0.1%를 초과하면 조대한 탄화물이 석출되고, 강중 탄소량 저감에 의하여 강도 및 연신율의 감소가 이루어질 수 있으며, 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 Nb 함량을 0.1% 이하로 제한함이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.08% 이하로 제한하는 것이다.

V: 0.2% 이하

바나듐(V)은 탄소 또는 질소와 반응하여 탄·질화물을 형성하는 원소로써, 저온에서 미세한 석출물을 형성시켜 강의 항복강도를 증가시키는 중요한 역할을 하는 원소이다. 그러나 V 함량이 0.2%를 초과하면 조대한 탄화물이 석출되고, 강중 탄소량 저감에 의하여 강도 및 연신율의 감소가 이루어질 수 있으며, 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 Nb 함량을 0.1% 이하로 제한함이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.08% 이하로 제한하는 것이다.

Mo: 0.5% 이하

몰리브덴(Mo)은 탄화물을 형성하는 원소로서, Ti, Nb, V 등의 탄·질화물 형성원소와 복합첨가 시 석출물의 크기를 미세하게 유지하여 항복강도 및 인장강도를 향상시키는 역할을 한다. 또한 몰리브덴(Mo)은 오스테나이트가 펄라이트로 변태되는 것을 지연시킴과 동시에 페라이트의 미세화 및 강도 향상을 위해 첨가하는 원소이다. 이러한 Mo는 강의 경화능을 향상시켜 마르텐사이트를 결정입계(grainboundary)에 미세하게 형성시켜 항복비 제어가 가능한 장점이 있다. 다만, 고가의 원소로서 그 함량이 높아질수록 제조상 불리해지는 문제가 있으므로, 그 함량이 적절히 제어하는 것이 바람직하다. 상술한 효과를 얻기 위하여 최대 0.5%로 첨가하는 것이 바람직하며, 만일 상기 Mo의 함량이 0.5%를 초과하게 되면 합금원가의 급격한 상승을 초래하여 경제성이 떨어지고, 지나친 결정립 미세화 효과와 고용강화 효과로 인해 오히려 강의 연성이 저하되는 문제가 있다. 보다 바람작하게는, 0.3% 이하로 제한하는 것이다.

본 발명에서는 하기 관계식 1을 만족하도록 Ti, Nb, V 및 Mo를 함유할 것이 필요하다.

[관계식 1]

0.2 ≤ (21[Ti] + 11[Nb] + 20[V] + 10[Mo])×[C] ≤ 0.7

상기의 관계식 1은 강 중에 미세석출물을 제어하기 위해 필요한 석출 원소간의 관계를 규정한 것이다. Ti, Nb 및 V은 탄화물을 생성하는 원소로 널리 알려져 있으며, 다량 첨가할 경우 미세석출물의 개수가 증가하여 항복강도 및 인장강도의 증가에 기여하나, 강판의 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 석출물은 미세한 사이즈로 다량 분포하고 있을 때 석출강화 효과가 증가하지만, 연신율의 감소가 나타나므로 고항복비의 고성형 강판을 제조함에 있어서 석출원소의 함량을 제한해 줄 필요가 있다. 상기 관계식은 원소별로 원자량을 고려한 atomic 분율 관계식으로, 관계식의 중앙값은 첨가된 석출원소의 총합을 의미하며, 좌변은 본 발명에서 목표로 하는 최소 590MPa를 달성하기위해 최소로 첨가되어야 하는 총합이며, 석출 원소의 첨가량이 증가하여 강도가 증가하면 연신율의 감소가 나타나므로 우변은 연신율 24% 이상을 달성할 수 있는 석출 원소의 최대 총합을 의미한다.

본 발명의 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 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

다음으로, 본 발명의 강판은 고항복비를 만족하면서도 연성과 같은 가공성을 향상시키기 위해서 상기 합금 조성에 더하여, 하기와 같은 미세조직 및 상분율 제어 조건을 만족할 필요가 있다.

구체적으로, 본 발명의 강판은 면적분율로, 95%이상의 페라이트와 잔부 마르텐사이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.

상기 페라이트는 연질의 조직으로 강판의 연성에 기여하며, 본 발명에서와 같이 페라이트와 미세 석출물만으로 590MPa급 강도를 구현하는 경우, 페라이트 분율이 95% 이상에서 목표로 하는 연신율 24%의 확보를 위해서는 최종 소둔강판에서 페라이트가 충분히 재결정되어 결정립의 크기가 일정 수치를 만족하고 결정이 동그란 형상을 갖고 있어야 목표로 하는 연신율의 확보가 가능하다.

한편, 상기 페라이트 상의 평균 결정립 크기는 5㎛ 이상 10㎛ 미만이며, 형상비(Aspect ratio: 결정립 단축을 장축으로 나눈 값)가 0.8 이상일 수 있다. 본 발명에서 페라이트의 크기가 5㎛ 미만이거나 페라이트의 형상비가 0.8 미만인 경우 페라이트가 상대적으로 재결정이 충분하지 않아 연신율의 확보가 어려운 문제점이 있다. 다만, 페라이트의 크기가 10㎛를 이상인 경우는 페라이트 재결정이 과대하여 결정립이 조대하므로 목표로하는 590MPa급 강도의 확보가 어려운 문제가 있다.

또한, 본 발명의 강판의 미세조직내에는 평균 크기 50nm이하의 Ti, Nb, V, Mo계 미세석출물이 1 제곱미터(m²)당 10¹²개 이상 10¹⁵개 이하로 분포되어 있다. 석출물은 사이즈가 작을수록, 밀도가 높을수록 강도에 기여하는 바가 크다. 그러므로 미세석출물이 1제곱미터당 10¹²개 미만인 경우 또는 평균 크기가 50nm를 초과하면 목표로 하는 590MPa 강도의 확보가 어려우며, 제곱미터당 10¹⁵개를 초과하는 경우 석출물이 과다하여 강도 확보에는 유리하나 연신율이 감소하는 문제가 있다.

다음으로, 본 발명의 일구현예인 강판 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명 강판의 제조방법은 전술한 강 조성 및 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 가열하고, 열간압연, 권취, 냉각압연 및 소둔하는 공정을 통해 제조할 수 있다. 이하, 각 과정에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 상술한 강 조성성분을 갖는 강 슬라브를 제조한 후, 이를 가열한 후 열간압연을 행한다.

상기 가열은 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위로 실시할 수 있다. 해당 가열은 후속하는 압연공정을 원활히 수행하고, 목표로 하는 강판의 물성을 충분히 얻기 위하여 행할 수 있다. 본 발명은 이러한 가열 조건에 특별히 제한되지 않으며, 통상의 가열 조건이면 가능하다. 다만, 바람직한 가열 온도범위는 1100~1300℃일 수 있다. 가열 온도가 1100℃ 미만이면 Nb 및 Ti와 같은 석출원소의 재고용이 감소하여 해당 원소의 첨가 효과가 감소할 우려가 있다. 반면, 그 온도가 1300℃를 초과하면 공정 비 상승 및 열연 산화물이 다량 발생하여 강판의 표면품질이 열위해지는 문제가 있을 수 있다.

상기 가열 후 열간압연은 마무리압연 출구측 온도가 Ar3~Ar3+50℃가 되도록 열간압연함으로써 열연 강판을 제조한다. 열간압연시 출구측 온도, 더 자세하게는 마무리 압연기의 출구측 온도가 Ar₃~Ar₃+50℃가 되도록 열간압연 하는 것이 효과적이다. 만일 출구측 온도가 Ar₃ 미만일 경우에는 열간 변형 저항이 급격히 증가될 가능성이 높고 또한 열연코일의 상(top), 하(tail)부 및 가장자리가 단상영역으로 되어 면내 이방성의 증가 및 성형성이 열화될 수 있다. 반면에, Ar₃+50℃를 초과하게 되면 너무 두꺼운 산화 스케일이 발생할 뿐만 아니라, 강판의 미세조직이 조대화될 가능성이 높다.

이어, 본 발명에서는 상기 열연강판을 400~700℃에서 권취후 0.1℃/s 이하의 평균 냉각속도로 상온까지 냉각한다.

본 발명에서는 열간압연이 종료된 후, 권취시에는 400~700℃의 온도 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다. 권취온도가 400℃ 미만인 경우 과다한 마르텐사이트 또는 베이나이트가 생성되어 열연강판의 과다한 강도 상승을 초래함으로써 냉간압연시 부하로 인한 형상불량 등의 제조상의 문제가 발생할 수 있다. 반면, 700℃를 초과하게 되면 표면 스케일의 증가로 산세성이 열화되므로, 상술한 권취온도로 제한하는 것이 바람직하다. 이어, 본 발명에서는 권취된 열연강판을 냉각된다.

그리고 본 발명에서는 상기 냉각된 열연강판을 40~80%의 압하율로 냉간압연한 후, 이를 850℃ 초과 950℃ 이하의 온도 범위에서 연속소둔한다.

열연강판은 산세를 거쳐 냉간압연 과정을 거치게 된다. 상기 냉간압연 시, 40~80%의 압하율로 압연하는 것이 바람직하다. 압하율이 40% 미만인 경우는 재결정 구동력이 약화되어 양호한 재결정립을 얻는데 문제가 발생할 소지가 크며 형상교정이 매우 어렵다. 반면 압하율이 80%를 초과하면 강판 에지(edge)부의 크랙이 발생할 가능성이 높고, 압연하중이 급격히 증가할 수 있다.

그리고 상기 냉연강판은 연속소둔 과정을 거치면서 본 발명에서 목적하는 미세조직의 기반을 마련하게 된다.

이때 850℃ 초과 950℃ 이하의 온도구간에서 연속소둔을 수행하는 것이 바람직하다. 소둔온도가 850℃ 이하일 경우 페라이트의 재결정이 충분히 이루어지지 않아 연신율의 확보가 어렵다. 반면 소둔온도가 950℃를 초과할 경우에는 페라이트의 재결정이 과분하고, 페라이트 결정립 및 석출물이 조대화 되어 목표로 하는 강도의 확보가 곤란할 수 있으며, 소둔 산화물이 급격히 증가하여 강판의 표면품질 및 도금성이 열위해지는 문제가 있다.

후속하여, 본 발명의 제조방법은, 상기 연속소둔된 냉연강판을 620~700℃까지 1~10℃/초의 냉각속도로 1차 냉각하는 공정; 및 상기 1차 냉각된 냉연강판을 300~580℃까지 5~20℃/초의 냉각속도로 2차 냉각하는 공정;을 추가로 포함함이 바람직하다.

연속 소둔 이후에는, 강판을 650~700℃까지 1~10℃/s의 냉각속도로 1차 냉각한다. 이러한 1차 냉각 단계는 후속하는 2차 급냉각에 앞서 서냉을 실시함으로써, 급냉구간에서 급격한 온도 하락에 의한 판형상의 열위를 억제하는 측면이 있다.

1차 냉각 이후 2차 냉각은 5~20℃/s의 냉각속도로 300℃ 이상 580℃ 이하의 온도까지 냉각하게 된다. 이때 제조하고자 하는 강판의 폭 및 두께에 따라 급냉 냉각속도 및 온도를 다르게 실시하여 최적의 판 형상을 확보할 수 있다. 만일 냉각온도가 300℃ 미만인 경우 강판의 폭방향 또는 길이방향으로 냉각편차가 발생하여 판형상이 열위해질 가능성이 있다.

본 발명은 상기 2차 냉각하는 공정 이후, 온도를 일정하게 유지하면서 과시효시키는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 과시효 처리를 함으로써, 코일의 폭방향, 길이방향 일정한 열처리를 함으로써 최적의 형상 확보가 가능하다.

본 발명에서는 상기 과시효 처리가 종료된 이후에는, 연신율 2.0% 미만, 바람직하게는 0.1~2.0% 범위에서 조질압연(skin pass)을 수행할 수 있다. 통상적으로 조질압연하는 경우 인장강도의 증가는 거의 없이 적어도 50MPa이상의 항복강도 상승이 일어난다. 연신율이 0.1% 미만이면 형상의 제어가 어렵고, 2.0% 이상일 경우 연신율의 저하를 유발하므로 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명에서는 상기 과시효된 냉연강판을 430~490℃의 온도범위에서 용융아연도금 처리한후, 이후 필요에 따라 합금화 열처리를 행하고, 100℃이하의 온도까지 5℃/s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 하기 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 하기 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

(실시예)

하기 표 1의 조성성분을 갖는 강 슬라브를 진공용해하고, 가열로에서 재가열온도 1200℃ 온도로 1시간 가열하고, 열간압연을 실시한 후 권취하였다. 이때, 열간압연 작업시 FDT 880~920℃ 온도범위에서 열간압연을 종료하였으며, 권취온도(CT)는 650℃로 제어하였다.

이후, 열간압연한 강판을 이용하여 산세를 실시하고 냉간압하율을 45%로 하여 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연된 강판은 표 2의 소둔조건으로 연속소둔(SS) 하였으며, 1차 서냉 및 2차 급냉하였다. 이때, 상기 1차 서냉(SCS)시 냉각종료온도를 650℃로, 그리고 냉각속도를 3℃/s로 하였으며, 2차 급냉(RCS) 시 냉각종료온도를 450℃로, 그리고 냉각속도를 10℃/s로 설정하였다. 이후, 최종적으로 2차 냉각된 냉연강판은 0.1%의 압하율로 조질압연처리되었다.

강종	C	Si	Mn	Ti	Nb	V	Mo	관계식1
강종 1	0.06	0.05	1.6	0.12	0.04	0.05	0.18	0.35
강종 2	0.07	0.1	1.6	0.15	0.05	0	0.25	0.43
강종 3	0.08	0.1	1.6	0.1	0.08	0.1	0.15	0.52
강종 4	0.07	0.05	1.6	0.1	0.05	0	0.25	0.36
강종 5	0.08	0	1.4	0.12	0.08	0.05	0.1	0.43
강종 6	0.05	0.1	1.5	0.05	0.08	0.1	0.1	0.25
강종 7	0.09	0	1.6	0.1	0.08	0.1	0.3	0.72

상기 표 1에서 관계식 1은 다음과 같이 계산된다.

[관계식 1]

0.2 ≤ (21[Ti] + 11[Nb] + 20[V] + 10[Mo])×[C] ≤ 0.7

이후, 상기와 같이 제조된 냉연강판의 JIS 5호 인장시험편을 제작하여 강판의 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 구체적인 측정방법은 다음과 같다. 소둔열처리된 강판에 대하여 압연방향과 수직인 방향으로 JIS 5호 사이즈의 시편을 채취하여 strain rate 0.01/초로 인장시험을 실시하였으며, 시험결과로서 항복강도(YS), 인장강도(TS), 항복강도비(YR, YS/TS) 및 연신율(El)을 나타내었다.

그리고 이때, 각각 제조된 냉연강판의 미세조직으로서 페라이트의 분율, 평균 결정립 크기 및 형상비(spect ratio), 그리고 미세석출물의 밀도 및 평균 크기를 측정하여 하기 표 2에 또한 나타내었다. 상기 페라이트 상분율, 크기 및 형상비는 SEM을 통하여 측정하였으며, 미세석출물의 밀도 및 평균 크기는 TEM을 활용하여 측정하였다. 구체적인 측정방법은 다음과 같다.

소둔열처리된 강판의 TD면(transverse direction)에 대하여 나이탈 에칭후 3000배율로 SEM을 통하여 도 1와 같이 관찰하고, 관찰되어진 페라이트상의 결정립에 대하여 장축과 단축경을 측정하여 aspect ratio 값을 도출하였다. 페라이트상은 SEM을 통하여 다른 조직과의 구분이 가능하나, 보다 정확하게는 EBSD 및 XRD 상분석을 통해서 100% 분율을 차지함을 재확인 하였다. 미세석출물은 TEM 관찰을 위하여 thin foil을 제작하여 30000배율로 도 2과 같이 관찰한 후, 이미지에서 관찰되는 평균면적당 미세석출물의 개수 및 사이즈를 하기 표 2에 나타내었다.

강종	SS (℃)	YS (MPa)	TS (MPa)	YR	El(%)	페라이트			미세 석출물		비고
강종	SS (℃)	YS (MPa)	TS (MPa)	YR	El(%)	분율(%)	크기 (㎛)	형상비	밀도 (개/m²)	평균크기 (nm)	비고
강종 1	800	820	916	0.90	9	100	3	0.76	10¹⁴	10	비교예 1
강종 1	830	602	711	0.85	18	100	3	0.79	10¹⁴	17	비교예 2
강종 1	900	503	615	0.82	25	100	7	0.91	10¹⁴	17	발명예 1
강종 2	830	756	811	0.93	13	100	3	0.79	10¹⁵	9	비교예 3
강종 2	900	548	600	0.91	24	100	8	0.84	10¹⁵	16	발명예 2
강종 3	840	579	677	0.86	21	100	4	0.78	10¹⁵	5	비교예 4
강종 3	900	536	624	0.86	24	100	7	0.88	10¹⁴	19	발명예 3
강종 4	850	573	653	0.88	15	100	4	0.79	10¹⁴	8	비교예 5
강종 4	900	554	600	0.92	25	100	5	0.89	10¹⁴	21	발명예 4
강종 5	850	620	711	0.87	15	100	4	0.77	10¹³	9	비교예 6
강종 5	900	555	633	0.88	24	100	9	0.91	10¹⁴	22	발명예 5
강종 5	920	541	607	0.89	26	98	9	0.95	10¹⁴	25	발명예 6
강종 6	800	867	869	1.00	9	100	3	0.78	10¹⁵	31	비교예 7
강종 6	890	522	608	0.86	24	99	7	0.88	10¹⁵	13	발명예 7
강종 7	900	633	687	0.92	19	100	5	0.84	10¹⁶	33	비교예 8

표 1 및 2와 같이, 본 발명의 조성 범위 및 소둔조건을 만족하는 발명예 1 내지 7의 경우 모두 본 발명이 요구하는 물성을 만족함을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 발명예 1에 따른 미세 조직을 나타낸 사진이며, 도 2는 본 발명의 발명예 1에 따른 미세 석출물을 나타낸 사진이다.

이에 반하여, 비교예 8은 본 발명의 조성 관계식 1의 제한 수치값을 초과하는 경우이다. 표 2에 나타난 바와 같이, 이러한 비교강의 조성을 이용하는 경우 비록 본 발명에서 기술하는 소둔조건을 만족하다 하더라도, 석출물이 과다하게 생성되어 비교예 8과 같이 목표로 하는 연신율의 확보가 불가능함을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 조성 범위 및 관계식 1을 만족하더라도 소둔조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 7의 경우 물성의 확보가 어렵다. 예컨대 해당 실시예의 경우 소둔온도가 850℃ 이하로 페라이트의 재결정이 충분하지 못해 페라이트의 결정립의 크기가 5㎛ 미만이며, 형상비(aspect ratio)가 0.8 미만으로 목표로 하는 연신율을 만족하지 못하였다.

Claims

중량%로 C: 0.04~0.15%, Si: 0.5%이하, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.2% 이하, Nb: 0.1% 이하, V: 0.2% 이하, Mo: 0.5%이하, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하며,
면적분율로, 95% 이상의 페라이트와 나머지는 마르텐사이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 포함하는 미세조직을 가지며,
상기 페라이트 상의 평균 결정립 크기는 5㎛ 이상 10㎛ 미만이고, 상기 페라이트 상의 형상비(Aspect ratio)가 0.8이상이며,
상기 미세조직내에는 평균 크기 50nm이하의 Ti, Nb, V, Mo계 미세석출물이 1 제곱미터(1㎡)당 10¹²개 이상 10¹⁵개 이하로 분포되어 있는 강판.
[관계식 1]
0.2 ≤ (21[Ti] + 11[Nb] + 20[V] + 10[Mo])×[C] ≤ 0.7
(여기서, [Ti], [Nb], [V], [Mo], [C]는 해당 원소의 중량%를 의미한다.)
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 일면 또는 양면에 형성된 도금층을 포함하는 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 항복비(Yield ratio)가 0.8 이상인 강판.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 인장강도(TS)가 590MPa 이상이고, 연성(El)이 24% 이상인 강판.
중량%로 C: 0.04~0.15%, Si: 0.5%이하, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.2% 이하, Nb: 0.1% 이하, V: 0.2% 이하, Mo: 0.5%이하 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 가열하는 공정;
상기 강 슬라브를 마무리압연 출구측 온도가 Ar₃~Ar₃+50℃가 되도록 열간압연함으로써 열연강판을 제조하는 공정;
상기 열연강판을 400~700℃에서 권취 후 0.1℃/s 이하의 평균 냉각속도로 상온까지 냉각하는 공정; 및
상기 냉각된 열연강판을 40~80%의 압하율로 냉간압연한 후, 이를 850℃ 초과 950℃ 이하의 온도 범위에서 연속소둔하는 공정;
을 포함하는 강판 제조방법.
[관계식 1]
0.2 ≤ (21[Ti] + 11[Nb] + 20[V] + 10[Mo])×[C] ≤ 0.7
(여기서, [Ti], [Nb], [V], [Mo], [C]는 해당 원소의 중량%를 의미한다.)
청구항 5에 있어서,
상기 연속소둔 후 620~700℃까지 1~10℃/초의 냉각속도로 1차 냉각하는 공정; 및 상기 1차 냉각된 냉연강판을 300~580℃까지 5~20℃/초의 냉각속도로 2차 냉각하는 공정;을 추가로 포함하는 강판 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 2차 냉각하는 공정 이후, 온도를 일정하게 유지하면서 과시효시키는 단계를 더 포함하는 강판 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 과시효 단계 종료 후 430~490℃의 온도범위에서 용융아연도금 처리한 후, 이후 필요에 따라 합금화 열처리를 행하고, 100℃이하의 온도까지 5℃/s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하는 것을 포함하는 강판 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 과시효 단계 종료 후 2% 미만의 조질압연을 수행하는 것을 더 포함하는 강판 제조방법