KR950007784B1 - 점용접성 및 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

점용접성 및 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법

제1도는 비교강과 발명강의 열안압연조건에 따른 미세조직사진.

제2도는 발명강과 비교강의 인장강도와 인장강도×연신율과의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 자동차 등의 보강재용으로 사용되는 초고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 점용접성 및 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

1960년대말 미국에서 제정된 자동차 안전 규제법에 대응하기 위해 개발이 시작된 인장강도 35kgf/mm²이상인 고강도 냉연강판은 '73년과 '79년의 1,2차 석유파동을 계기로 개발이 한층 가속화되었다. 지금까지 개발된 자동차용 고강도 냉연강판은 다소 복잡한 모양으로 성형되는 내·외판용 강판에 적당한 인장강도 35-45kgf/mm²급의 가공성이 우수한 고강도 냉연강판과, 자동차의 보강재용 길이 가공성은 별로 요구되지 않으나 높은 강도 수준을 요구하는 부분 등에 적당한 인장강도 45-100kgf/mm²급의 고강도 냉연강판으로 크게 구분될 수 있다. 후자에 속하는 고강도 냉연강판의 제조방법으로는 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P) 등의 고용강화원소의 첨가에 의해 강화시킨 고용강화강, 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 등의 탄질화물 형성원소를 첨가함으로서 미세 석출물을 석출시켜 강화시킨 석출강화강 및 강을 오스테나이트와 페라이트의 2상영역 온도에서 열처리한후 급냉함으로써 최종조직에 경질상(硬質相)인 마르텐사이트상을 형성하므로서 강화하는 복합 조직강화법 등이 있으며, 특히 인강강도가 80kgf/mm²이상인 고강도 냉연강판을 특별히 초고강도 냉연강판이라고 부르고 있다. 한편 이와 같은 초고강도 냉연강판의 재질수준은 인장강도 뿐만 아니라 강도와 연성의 조합 즉 인장강도×연신율의 조합도 중요한 재질 특성의 하나로써 동일한 강도 수준에서도 이 값이 높을수록 가공성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 통상 인장강도 100kgf/mm²급의 초고강도에서는 강도×연신율 조합이 2,500kgf/mm^2..% 이상의 값을 가질 경우 프레스 가공성이 우수한 것으로 판단한다.

자동차의 측면충돌시 충격을 흡수함으로서 도아(Door)의 변형을 최소로 하기 위해 사용하는 도아 가드바(Door guard bar)의 경우에 미국 등에서는 이 측면충돌 안전성이 법규화되어 있어 이를 만족시키기 위해 60kgf/mm²급의 고강도 냉연강판을 사용하고 있으나 이들 부분들은 항상 응력을 받는 것이 아니고 충돌시에만 변형하여 충돌에너지를 흡수하는 역할을 하기 때문에 가능하면 경량화를 시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 부분의 경량화는 기존의 60kgf/mm²급 고강도 냉연강판을 인장강도 100kgf/mm²급의 초고강도 냉연강판을 사용함으로써 가능하게 된다.

초고강도 냉연강판의 제조방법에는 재결정을 지연시키는 티타늄(Ti) 등을 첨가하여 미세한 석출물을 석출시켜 고강도화시킨 열연강판을 냉간압연한후 재결정온도 이하에서 상소둔함으로서 페라이트의 회복조직강화를 이용하여 강화시키는 회복조직강화법, 오스테나이트 단상영역 혹은 페라이트와 오스테나이트의 2상영역에서 짧은 시간동안 가열한후 가스 제트냉각(Gas jet cooling)이나 수냉 등의 빠른 냉각을 이용하여 오스테나이트의 일부 또는 전부를 마르텐사이트로 변태시키거나, 일부 베이나이트로 변태시켜 강화하는 변태조직강화법, 이상의 2가지 방법을 조합하여 연속소둔에 의해 제조하는 회복소둔형 변태조직강화법 등이 있다. 그러나 이상의 어떤 방법도 인장강도 100 kgf/mm²급 이상에서 연신율 25% 이상의 확보가 곤란하므로 벤딩(Bending)에 의해 주로 성형되는 롤 포밍(Roll forming)법을 사용하여 초고강도 냉연강판의 성형이 이루어짐에 따라 생산성 등이 극히 나쁜 실정이다. 또 강도를 확보하기 위해 탄소, 망간 등의 합금원소를 다량 첨가함에 따라 강의 탄소당량을 증가시켜 자동차 조립공정상의 점용접성을 크게 악화시키는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 종래의 고강도 냉연강판에 비하여 동일강도 수준에서 탄소당량을 낮추므로서 점용접성을 개선시킬 뿐만 아니라 높은 연성을 가지도록 함으로써 프레스 가공성을 향상시킨 초고강도 냉연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 초고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, 탄소(C) : 0.10∼0.20%, 실리콘(Si) : 0.6∼1.6%, 망간(Mn) : 1.0∼2.0%, 몰리브덴(Mo) : 0.10∼0.30%, 니오븀(Nb) : 0.02∼0.1%, 질소(N) : 0.007% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 탄소당량(Ceq)(Ceq=C+Si/30+Mn/20+2P+4S)이 0.35이하인 알루미늄 킬드(Al-Killed)강을 1,200-1,250℃에서 균열처리한후, 통상의 방법으로 열간압연한뒤 400-600℃에서 권취한 다음, 30-80%의 냉간압하율로 냉간압연한후, 연속소둔방법에 의해 740-860℃에서 20-120초 동안 균열한후, 500-300℃ 온도구간에서 과시효처리하여 점용접성 및 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기 C의 함량이 0.10% 이하인 경우에는 소정의 강도 수준확보 및 연성확보를 위한 잔류 오스테나이트 형성이 불충분하게 되고, 0.20% 이상인 경우에는 탄소당량을 증가시켜 용접성을 크게 악화시키므로 상기 C의 함량은 0.10-0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 오스테나이트와 페라이트의 2상영역에 소둔하여 냉각시 초석 페라이트의 형성을 촉진하며, 과시효처리시 탄화물의 석출을 억제하여 베이나이트 변태를 지연함으로써 오스테나이트상으로의 탄소농화를 촉진시키는 원소로서 잔류오스테나이트 생성을 촉진시키는 원소지만, 1.6% 이상으로 첨가되면 도장성 및 내식성을 저하시키게될 뿐만 아니라 플래시 버트(Flash Butt) 용접시 용접부에 산화물을 형성하여 용접성을 현저히 악화시키게되고 0.6% 이하로 첨가하는 경우에는 잔류오스테나이트의 형성량이 적어 강도와 연성의 조합이 나빠지므로, 상기 Si의 첨가량은 0.6∼1.6%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 황(S)에 의한 적열취성을 방지하고 고용강화 효과를 나타내며, 강중 탄소와의 친화력에 의해 세멘타이트(Cementite)의 석출을 억제시킴으로써 잔류오스테나이트의 생성을 촉진시키므로 강도와 연성의 적정조합을 확보하기 위해서는 1.0% 이상이 필요하나, 2.0% 이상이 되면 냉간압연과 재결정소둔후에 미소편석을 일으켜 소둔판의 가공성을 해치므로, 상기 Mn의 함량은 1.0∼2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Al은 알루미늄 킬드강에서 탈산재 및 시효현상에 의한 재질의 열화방지를 목적으로 첨가되지만, 0.03% 이하에서는 탈산력이 부족하고 0.07% 이상으로 되면 탈산효과의 포화현상을 나타내므로 0.03-0.07%로 첨가량을 제한하는 것이 바람직하다.

상기 N는 과다첨가시 시효성 열화의 문제점이 있으므로, 상기 N의 함량은 0.007% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mo은 실리콘(Si) 등과 같이 페라이트 안정화원소로써 잔류오스테나이트 형성에 매우 유리한 원소이며 또 몰리브덴 석출물에 의한 석출강화 효과도 나타내므로 강도와 연성의 조합을 위해서는 0.10% 이상의 첨가가 요구되나, 0.30% 이상 첨가시 베이나이트상의 분율이 증가하여 강도는 증가하지만 연성이 급격히 저하하여 강도와 연성의 조합을 나쁘게 할 뿐만 아니라 냉간압연 도중에 크랙(Crack)등이 발생하여 압연성이 크게 저하하는 문제점이 있으므로 그 첨가량은 0.1-0.3%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Nb는 강중에 미세 석출물을 형성하여 석출강화효과를 나타내는 원소이고 또한 강화 탄질화물 형성원소인 니오븀이 카보나이트라이드(NbCN, Niobium Carbo nitride)형태의 석출물을 형성하여 페라이트 결정립을 미세화시키고 이에 의해 초석 페라이트의 변태량이 증가함과 동시에 탄소가 오스테나이트상에 농축되어 잔류오스테나이트량을 증가시키는 원소로서 0.02% 이하로 첨가시 미세 석출물의 석출에 의한 효과를 크게 얻을 수 없으며, 0.10% 이상으로 첨가시 석출물에 의한 재결정온도 상승의 문제점이 있으므로 그 첨가량은 0.02∼0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.

탄소당량이 0.35이상인 경우에는 용접부분의 경화도가 높아져 자동차 조립라인 (line)의 점용접성을 나쁘게 하는 문제점이 발생하므로, 본 발명에 있어 탄소당량은 0.35이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성되는 강 슬라브는 열간압연하기 위하여 재가열하게 되는데, 이때 재가열온도는 오스테나이트 단상영역인 1,200-1,250℃의 온도범위이고, 이 온도영역에서 1시간동안 균질화처리하여 주고 통상의 방법으로 열간압연을 실시한후, 400-600℃에서 열연권취하여 열연조직을 페라이트와 베이나이트 상태로 만든다. 권취온도가 600℃ 이상이 되면 연신율은 다소 증가하나 인장강도가 목표로 하는 수준에 도달하지 못하게 되고, 권취온도가 400℃ 이하로 되면 강도 확보면에서는 좋으나 작업시 권취 (卷取, Coiling)의 어려움이 있으므로 최종 소둔판의 강도와 연성조합을 위하여서 권취온도는 400-600℃로 제한하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 처리된 열연판을 냉간압연하게 되는데, 이때, 냉간압하율이 30% 이하인 경우에는 전위 등의 내부결함량이 부족하게되며 또 냉간가공도가 적어 재결정이 어렵고, 80% 이상인 경우에는 압연시 부하가 커 압연성을 악화시키므로 냉간압하율은 30-80% 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기 냉연강판을 연속소둔법에 의해 소둔처리하게 되는데, 이때, 연속소둔은 740-860℃의 온도에서 20-120초의 시간동안 균열한뒤 냉각과정을 거친후 500-300℃에서 베이나이트 변태처리를 실시함으로써 최종 소둔판의 조직은 페라이트, 잔류오스테나이트 및 베이나이트로 구성된다. 상기 연속소둔온도가 740℃ 이하로 되면 소둔판 조직내에 일부 변형립이 잔존하게됨에 따라 연성 확보가 곤란하게되고, 소둔온도가 860℃ 이상이 되면 가열직후의 오스테나이트상의 고용 탄소량이 적게되어 최종조직에 잔류되는 오스테나이트의 안정도가 약화되어 연신율 및 강도와 연성 조합을 악화시키므로 소둔온도는 740-860℃로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소둔시간이 너무 짧을 경우에는 재결정이 일어나지 않으므로 20초 이상으로 가능한한 길수록 소둔시 얻어지는 오스테나이트의 분율을 증가시켜 소둔후 잔류오스테나이트의 분율을 증가시키는데 유리하지만 연속소둔설비의 특성 및 생산성 등을 고려하여 2분이내로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 과시효처리 즉, 베이나이트 변태처리온도가 500℃ 이상인 경우에는 세멘타이트상의 석출에 기인하여 잔류하는 오스테나이트상의 분율이 급격히 저하하여 강도 및 연성의 조합을 급격히 감소시키고, 300℃ 이하로 되면 마르텐사이트상의 생성에 의해 강도는 급격히 상승하나 연성이 감소하는 문제점이 있으므로, 처리 온도는 300-500℃로 제한하는 것이 바람직하다.

이와 같이 소둔할 경우 베이나이트 변태온도에서 유지하여 오스테나이트를 상온도에서도 잔류시킴으로써 최종 소둔판의 연성이 향상되는 이유는 다음과 같이 설명할 수 있을 것이다. 즉, 상온에서 유지되고 있는 잔류오스테나이트는 변형과 함께 마르텐사이트로 가공유기변태하고 이때 부피팽창이 일어나며, 이와 같은 팽창에 의하여 주위를 싸고 있는 페라이트에 압축응력이 발생하게 되어 그 결과 페라이트 내부에 전위가 형성된다. 이때 형성된 전위들은 페라이트를 가공경화시켜 항복강도를 증가시킬 뿐만 아니라 가공전위밀도를 증가시키는 효과를 유발하므로 변형초기에 불연속 항복거동에 따른 항복점 연신 현상을 제거한다. 더우기 변형후기에는 잔류오스테나이트에서 변태된 마르텐사이트 주변에서 전위 증식이 일어남으로써 가공경화율을 증가시키고 넥킹점 (Necking poing)은 고변형율 쪽으로 이동하게 됨에 따라 강중에 잔류오스테나이트가 존재시 최종 소둔판의 연성향상에 기여하게 되는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

하기표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 열간압연한후 하기표 2와 같은 권취온도에서 귄취한 다음, 하기표 2와 같은 조건으로 냉간압연, 소둔 및 과시효처리를 행한다음, 기계적 성질, 인장강도×연신율 및 점용접성을 측정하고, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

한편, 하기표 1의 강중에서 발명강(a)을 550℃에서 권취한 열연강판 및 발명강(a)을 620℃에서 권취한 열연강판에 대하여 미세조직을 관찰하고 그 결과를 제1도에 나타내었다.

제1도에서 (a)는 550℃에서 권취한 강의 미세조직사진을 나타내고, 제1도 (b)는 620℃에서 권취한 강의 미세조직사진을 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

○ : 점용접성 우수 × : 점용접성 불량

상기표 2에 나타난 바와 같이, 강성분은 본 발명 범위에 포함되지만 열연권취 온도가 본 발명 범위를 벗어나는 비교재(1-3)의 경우에는 연신율×인장강도의 조합이 2,500kgf/mm².% 이하의 값을 나타내어 강도-얀성조합이 부적합함을 알 수 있다.

또한, C의 함량이 본 발명 범위보다 적게 함유된 비교재(4)의 경우에는 점용접성은 우수하나 강도의 확보가 불가함을 알 수 있으며, C의 함량이 본 발명 범위보다 많은 비교재(5)의 경우에는 재질 및 점용접성 측면에서 목표수준을 얻을수 없음을 알 수 있다.

또한, Nb이 첨가되지 않은 비교재(6)의 경우에는 점용접성은 우수하나 강도의 확보가 불가할 뿐만 아니라 인장강도×연신율 조합값이 낮게 나타남을 알 수 있다.

또한, Nb 또는 Ti 등을 단독 또는 복합적으로 첨가하여 강화한 비교재(8∼13)의 경우에는 인장강도와 연성조합(인장강도×연신율)이 2,500kgf/mm².%를 초과하지 않음을 알 수 있다.

또한, 탄소당량이 0.35를 초과하는 비교재(5, 9, 11 및 12)의 경우에는 점용접성이 나쁜 결과를 나타냄을 알 수 있다.

또한, 비교재(13)의 경우에는 통상의 상소둔에 의한 소둔시에도 연성의 확보가 곤란하여 프레스 가공이 곤란하였다.

반면에, 본 발명재(a-d)는 인장강도가 100-110kgf/mm², 연신율이 25-30% 수준이고, 인장강도와 연신율의 조합이 2,500kgf/mm².% 이상의 값으로 우수한 특성을 나타내고 있으며, 따라서, 종래의 초고강도 냉연강판의 단점으로 대두되었던 가공성 문제 및 점용접성 등의 문제를 크게 개선할 수 있게 된다.

제1도에 나타난 바와 같이, 발명강(a)을 620℃에서 권취한 경우「제1도 (b)」에는 열연판의 미세조직이 주로 페라이트와 퍼얼라이트상으로 구성되어 있는데 반하여, 발명강(a)을 550℃에서 권취한 경우「제1도(a)」에는 미세조직이 페라이트와 베이나이트상 등으로 구성되어 있음을 알 수 있다.

[실시예 2]

C : 0.1-0.17%, Si : 1.0%, Mn : 1.5%, Mo : 0.15-0.25%, Al :0.034%, N : 0.0041%, Nb: 0.082%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 발명강과 상기 실시예 1의 표 1에 나타난 비교강(1-10)을 550℃에서 열연권취하고 60%의 냉간압하율로 냉간압연한후, 810℃에서 1분간 유지하고 400℃에서 350℃로 과시효처리한 다음, 인장강도와 인장강도×연신율의 조합관계를 조사하고, 그 결과를 제2도에 나타내었다.

제2도에 나타난 바와 같이, 비교강의 경우에는 연신율×인장강도 조합값이 2,500kgf/mm².% 이하인데 반하여, 본 발명의 경우에는 2,500kgf/mm².% 이상을 나타내고 있어 현저히 연신율-인장강도 조합이 개선됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강화원소로써 실리콘(Si), 망간(Mn), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 등을 첨가한 저탄소 알류미늄 킬드강을 사용하여 탄소당량을 0.35이하로 제어함으로써 점용접성을 개선하고, 열연권취온도를 400-600℃로 함으로써 열연조직을 페라이트와 베이나이트상 등으로 구성되도록 한후 냉간압연 및 연속소둔을 실시하여 소둔판의 조직중에 일부 잔류오스테나이트상을 함유시키므로써, 종래의 고강도 냉연강판에 비하여 동일강도 수준에서 연성을 현저히 향상시켜 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 초고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로 C : 0.10∼0.20%, Si : 0.6∼1.6%, Mn : 1.0∼2.0%, Mo : 0.10∼0.30%, Nb : 0.02∼0.1%, N : 0.007% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 탄소당량(Ceq)(Ceq=C+Si/30+M

   n/20+2P+4S)이 0.35이하인 알루미늄 킬드(Al-Killed)강을 1,200-1,250℃에서 균열처리한후, 통상의 방법으로 열간압연한뒤 400-600℃에서 권취한 다음, 30-80%의 냉간압하율로 냉간압연한후, 연속소둔방법에 의해 740-860℃에서 20-120초 동안 균열한후, 500-300℃ 온도구간에서 과시효처리하는 것을 특징으로 하는 점용접성 및 프레스 가공성이 우수한 초고강도 냉연강판의 제조방법.