KR100530077B1 - 내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력강판과 그제조방법 - Google Patents

내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력강판과 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 내, 외판용으로 사용되는 인장강도 40kg/mm2급 냉간압연 고장력강판에 관한 것으로, 그 목적은 2차가공취성 개선을 위하여 [P]의 첨가량을 상당량 줄이는 대신, 강도를 확보할 수 있는 [Nb]과 함께 [N], [S]를 탄,질,황화물로 고정시킬수 있는 [Ti]를 첨가하여 내2차가공취성과 가공성이 우수한 고장력강판과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 C : 0.01%이하, Mn : 0.7%이하, P : 0.03%이하 , S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N:0.005%이하, Cu 0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb은 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력 강판과,
상기와 같이 조성되는 알루미늄 킬드강을 1200∼1250℃의 온도범위에서 균질화처리후, 마무리압연온도 Ar3이상의 온도에서 열간압연하고 550 -700℃에서 권취한 다음, 냉간압연하고, 800℃이상에서 연속소둔한 다음, 조질압연하는 것을 포함하여 이루어지는 내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술요지로 한다.

Description

내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력강판과 그 제조방법{ Deep Drawing High Strength Steel Sheet With Secondary Working Brittleness Resistance and Formability and A Method for Manufacturing Thereof}
본 발명은 자동차 내, 외판용으로 사용되는 인장강도 40kg/mm2급 고장력강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차가공취성 개선을 위하여 [P]의 첨가량을 상당량 줄이는 대신, 강도를 확보할 수 있는 [Nb]과 함께 [N], [S]를 탄,질,황화물로 고정시킬수 있는 [Ti]를 첨가하여 내2차가공취성과 가공성이 우수한 고장력강판과 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 인장강도 35~60kg급의 가공용 고장력강은 주로 자동차 내, 외판용으로 사용되고 있다. 이 고장력강은 고용원소를 완전히 고착시켜 성형성을 향상시키기 위해 극저탄소(≤50PPM)를 베이스로 하고, 여기에 성형성 확보를 위하여 탄, 질화물 형성원소인 [Ti]를 첨가하면서 강도상승을 목적으로 [P]를 적당량(0.05~0.15%) 첨가한 강판이다.
그런데, 이 고장력 강판의 제조 또는 가공중 강판이 깨지는 (Crack) 현상 특히, 수요가의 프레스 가공후 2차가공을 할때 취성파괴가 발생하고 있다. 이 취성파괴의 원인은 입계에 [P]가 편석되어 입계가 취약해짐으로서 발생하는 것으로 알려져 있다. 특히, [P]의 입계편석을 막을수 있는 고용원소(C,N,S)가 없는 극저탄소강에서 취성파괴가 집중 발생하는 것으로 알려져 있다. 그러나, [P]는 저탄소강 또는 극저탄소강에 0.15중량% 이하로 첨가될 경우 가공성의 저하없이 강도를 효과적으로 상승시킬수 있는 대표적인 치환형 강화원소로 고장력 냉연강판에서 필수적으로 첨가되고 있다.
한편, 이러한 2차가공취성을 방지하기 위한 공지된 종래의 기술로서는, 연속소둔
을 이용하는 극저탄소 알루미늄 킬드강에 입계강화원소 [B]을 첨가한 심가공용도의 냉연 고장력강 제조법이 알려져 있다. 그러나, [B]의 첨가량이 질소[N]와의 석출물 형성관계, 질소[N]는 [Ti]과의 석출물 형성관계를 고려치 않고 있어 [B]을 첨가하고도 [B]의 효과가 없거나, 과잉첨가로 인한 재질열화가 문제가 되고 있다.
이 문제를 해결한 기술로서, 한국특허 제240986호가 있는데, 이 기술은 고용B 이 0.0005 - 0.0015% 함유할 수 있도록 [N], [Ti]와의 석출물 형성관계를 고려하여 [B]의 량을 제안하고 있다. 즉Ti - 1.5S ≥ 3.43N 일 경우, B의 함량은 0.0005 - 0.0015% 로, Ti - 1.5S < 3.43N 일 경우, B의 함량은0.77(N-(Ti-1.5S)/3.43) + 0.0005 ≤B ≤0.77(N-(Ti-1.5S)/3.43) + 0.0015 범위로 첨가하고 있다. 그러나, 이 기술 또한 강화원소로서 [P]를 상당량 첨가하는 강으로서는 2차가공취성의 근본적 방지는 어럽거니와, [B]의 첨가로 인한 재질열화 문제는 피할수 가 없다.
따라서, 본 발명은 2차가공취성 개선을 위하여 [P]의 첨가량을 상당량 줄일 수 있으면서 강도를 확보할 수 있는 고장력강판과 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고장력강판은, 중량%로 C : 0.01%이하, Mn : 0.7%이하, P : 0.03%이하 , S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N:0.005%이하, Cu 0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb은 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된다.
또한, 본 발명의 고장력강판의 제조방법은, 중량%로 C : 0.01%이하, Mn : 0.7%이하, P : 0.03%이하 , S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N:0.005%이하, Cu 0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb은 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 알루미늄 킬드강을 1200∼1250℃의 온도범위에서 균질화처리후, 마무리압연온도 Ar3이상의 온도에서 열간압연하고 550 -700℃에서 권취한 다음, 냉간압연하고, 800℃이상에서 연속소둔한 다음, 조질압연하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 2차가공취성 개선을 위하여 [P]의 첨가량을 상당량 줄이는 대신, 초기소재의 고용원소 [C]를 고정하면서 입자를 미세화 시켜서 강도를 확보할 수 있는 [Nb]과 함께, [N], [S]를 탄,질,황화물로 고정시킬수 있는 [Ti]를 첨가한 알루미늄 킬드강으로 고장력강판을 제조함으로써, rm이 2.1이상이고, 연성-취성 천이온도(DBTT)가 가공비 2.0하에서 -80℃이하인 인장강도가 40Kg/㎟이상인 냉연강판을 제조하는데, 특징이 있다.
· C:0.01%이하
상기 탄소함량은 0.01%을 초과하면 항복강도가 상승되어 포밍(FORMING)불량을
유발하고, 또한 고용탄소의 증가로 최종 소둔후 항복점 연신을 유발시켜
스트레쳐-스트레인(Stretcher-Strain)을 발생하므로 0.01% 이하로 제한 하는 것이 바람직하다.
· Mn:0.7%이하
상기 Mn의 함량이 0.70%를 초과할 경우에는 Mn의 강화의 효과를 넘어 고용강화에 의해 재질이 경화되거나 성형성이 악화되므로 0.70% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
· P:0.03%이하
상기 P는 고용경화 효과가 가장 큰 치환용 합금원소로서 0.03%초과할 경우 재질경화 및 성형성이 나빠지며, 극저탄소강의 입계에 모여 입계를 취약하게 만들기 때문에 부품으로 가공된 다음에 2차가공취성의 유발의 원인이 되므로 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
· S: 0.015%이하
상기 S는 열간취성을 일으키는 취약한 원소로써 성분범위를 낮게 관리할수록 좋으며, 또한, Mn계 황화물로 석출하기 때문에 Mn을 낮추기 위해서는 그 상한을 0.015%로 제한하는것이 바람직하다.
· Sol-Al:0.06%이하
상기 Al은 강의 탈산을 위해 첨가하는 성분으로서, 그 첨가량이 0.06%초과의 경우에는 재질경화의 원인이 되므로 , 상기 Al의 함량은 0.06% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
·N:0.005%이하
상기 N은 침입형 원소로서 {111} 집합조직을 억제하여 가공성을 해치고 입자성장을 방해하여 연신율을 저하시키므로 낮게 관리할 수록 가공성에 좋으며 , 시효성원소로서 시효현상을 최소화하기 위해 그 상한을 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다
·Cu:0.5~1.0%
상기 Cu는 통상 석출강화를 위해서 첨가하나 단시간의 열처리에 의해서는 석출강화의 효과를 얻기가 어렵기 때문에 가공성의 저해없이 강도증가를 시키기 위해서 0.5%이상 첨가하나, 1.0%초과의 경우 제강 조업성 및 제강 원단위 측면에서 불리하다.
·Ti:0.01~0.04%
상기 Ti는 고용원소(질소,황)를 TiN, TiS로 석출시킴으로서 항복강도를 낮추고 항복점 연신을 제거시켜 스트레쳐 스트레인의 발생을 억제하는 역활을 한다. 통상적으로 소둔후의 항복강도와 성형시 발생하는 스트레쳐 스트레인은 강중에 존재하는 고용원소량에 비례하여 증가하게 된다. 본 발명에서는 Ti첨가에 의해 질소와 황을 고정하는 효과로 항복강도를 낮추고 스트레쳐 스트레인을 제거할 수 있는 기능을 가진다. 따라서, Ti량이 0.01% 미만이 되면 고용원소를 효과적으로 석출시킬 수 없고, 0.04% 를 초과하게 되면 그 효과측면에서 무의미하다.
·Nb: 고용Nb이 0.02~0.04% 만족하도록 첨가
상기 Nb는 강중의 고용C과 결합하여 미세한 NbC석출물을 형성하는 원소로서 극소탄소강에 미세한 NbC석출물 분포로 인하여 입자크기를 미세화시킴으로서 입자사이즈강화 및 석출강화, 분산강화를 동시에 이룰수 있는 강화원소이다. 따라서, Nb가 전량의 고용[C]과 반응하여 NbC가 석출될수 있도록 Nb은 [C]결합에 필요한 량에 대략 2배의 량을 안정적으로 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 고용 Nb도 0.02~0.04% 함유되는 것이 바람직하므로 Nb은 관계식 1을 만족하도록 첨가한다.
[관계식 1]
실험6.63[C] + 0.02% ≤ Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%
Nb이 6.63[C] + 0.02% 미만으로 첨가시 안정적인 NbC량 확보가 안되어서 강도부족과 스트레쳐-스트레인이 발생할 수 있으며, 6.63[C] + 0.04%를 초과할시에는 강도초과와 연신율 저하를 초래할 수 있다.
상기와 같이 조성되는 슬라브는 제강공정을 통해 용강을 얻은 다음에 조괴 또는 연속주조공정을 통해 만든다. 이 슬라브를 열간압연공정, 권취공정, 냉간압연공정, 소둔공정을 통해 목표로 하는 기계적성질을 갖는 고장력강판을 제조하는데, 각 공정별 제조조건을 구체적으로 설명한다.
· 열간압연공정
슬라브를 열간압연전의 오스테나이트조직이 충분히 균질화될 수 있는 1200∼1250℃에서 가열한 후 Ar3온도 직상에서 마무리 열간압연을 실시한다. 열간 마무리압연온도를 Ar3 변태점미만에서 작업을 하면 페라이트+퍼얼라이트 2상조직에서 압연되므로 이상 조대립이 발생되고 그에 따라 제품 가공시 불량발생의 요인이 된다. 따라서 상기 열간 마무리압연온도는 Ar3 변태점 이상에서 행하는 것이 바람직하다.
·권취공정
상기 열간압연한 열연판을 권취하는데, 권취온도는 550∼700℃에서 행하는 것이 바람직하다. 권취온도가 700℃ 보다 높으면 고온 작업시 스케일이 다량 발생으로 표면품질의 문제가 야기될 수 있고 조직의 {111} 방향의 분율이 낮아져 가공성의 열화요인이 되며, 550℃ 보다 낮을 경우에는 조직의 {111} 방향 분율이 높아져 가공성이 향상되나, 코일 내외부의 온도편차가 크게 발생하여 코일내 재질의 편차가 발생할 우려가 있다.
· 냉간압연공정
권취한 열연판을 냉간압연하는데, 이때 냉간압연은 원하는 최종두께로 냉연판을 얻을 수 있도록 적절히 압연조건을 설정하면 된다. 따라서, 냉간압연조건은 특별히 한정하지 않으며 통상의 조건이면 가능하다.
·소둔공정
그 다음으로 냉간압연판을 소둔하는데, 이때의 소둔은 연속소둔이 좋다. 연속소둔 온도는 재결정완료온도 이하로 작업시 혼립조직이 발생하여 재질편차 및 가공시 가공크랙이 우려되므로 재결정완료온도 이상에서 행하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 단시간 연속소둔인점을 고려하여 800℃이상으로 하는 것이다.
상기와 같이 소둔한 냉연강판은 통상의 조건으로 조질압연한다.
본 발명에 따라 제조되는 고장력강판은 수직이방성의 평균값(rm)이 2.1이상이고, 연성-취성 천이온도(DBTT)가 가공비(Drawing Ratio) 2.0이하에서 -80℃이하인 인장강도가 40Kg/㎟이상인 냉연강판의 특성을 갖는다.
본 발명에 따라 제공되는 고장력강판은 제품의 요구특성에 맞추어 통상의 전기도금 또는 용융도금이 적용될 수도 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 극저탄소 알루미늄 킬드강을 전로에서 용해하여 노외정련처리를 한 후 연속주조하여 강슬라브를 제조하였다. 이때 하기 표1에 나타난 발명강(1-3) 및 비교강(4-6)은 모두 노외정련후 최종강 성분이다.
발명강(1-3)은 고용 Nb가 0.02~0.04% 함유할 수 있도록 6.63[C] + 0.02% (α로 표기)이상, 6.63[C] + 0.04%(β로 표기)이하의 범위 내에서 첨가되었고, 또한 비교강(4)는Nb가 α 미만으로 첨가된 강이며, 비교강(5)은 Nb가 β범위를 초과해서 첨가된강이다. 비교강(6)은 Nb가 α 미만으로 첨가된 강으로서 C도 제한범위를 초과하였고 P성분도 제한범위를 초과하여 첨가된 강이며 Ti는 미첨가된 강이다.
하기 표 1과 같은 조성을 갖는 강슬라브를 1250℃의 온도에서 균질화처리한 다음
Ar3 직상 온도인 910℃ 부근에서 2.3㎜의 두께로 마무리 열간압연을 한 후, 표2
에 표기한 열연 권취온도에서 권취하고 통상의 방법으로 산세를 행하였다. 산세된열연강판은 냉간압연후 연속소둔을 적용하여 최종 냉연강판의 두께가 0.70mm인
냉연강판을 얻었다.
표 2는 발명강, 비교강의 기계적성질 및 연성-취성 천이온도
(DBTT , Ductile-Brittle Transition Temperature , 이하 DBTT로 명명), 가공성
을 나타낸다. DBTT는 충격시 파괴양상이 연성파괴에서 취성파괴로 천이되는
온도를 측정하는 것으로서 온도가 낮을수록 2차가공취성이 우수한 것으로 평가
되며 표 2에서의 실적은 가공비 2.0하에서의 실적을 인용하였다. 또한, 가공
성은 강판의 성형성 평가를 시험하기 위한 유압 프레스 모델다이(450 X 500 X 100 mm)를 이용하여 성형한 실적을 나타낸 것인데, 크랙발생이나 형상동결성 등이 불량하면 가공성은 불량한 것이다. 여기서 rm은, rm =(r0+2r45+r90)/4이다.
상기 표 1,2에 나타난 바와 같이, 비교강(4)의 경우에는 Nb를 고용Nb 확보범위에
미달되게 첨가하였으므로 DBTT와 가공성은 양호하지만 TS가 40Kg이하로 강도가
부족하여 불량하다. 비교강(5)의 경우에는 Nb를 고용Nb 확보범위에 초과되게 첨
가하였으므로 DBTT는 양호하지만 TS강도가 초과하고 가공성은 불량하다. 비교강(6)의 경우에는 Ti가 미첨가된 강으로서 [P]를 관리범위를 초과하여 첨가하였으므로 [P]첨가로 강도확보는 되었으나 DBTT가 -10℃로 불량하였다.
이에 반해, 발명강(1-3)에 경우 P의 첨가를 0.03%이하로 제한하고 Nb, Ti가 첨가된강으로서 Nb의 경우 고용Nb확보범위내로 첨가하였으므로 DBTT와 가공성이 양호
하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고용강화원소 [P]를 첨가하는 통상의 심가
공용 냉연 고장력강의 2차가공취성를 개선하기 위하여 2차가공취성의 원인이
되는 [P]의 첨가를 0.03%이하로 줄이고 [Ti]와 [Nb]를 첨가하는데, 특히 [Nb]
는 고용[Nb]를 확보하기 위해 [C]과 상호 관계식에 의거 첨가함으로써 내2차가공취성 및 가공성이 우수한 냉간압연 40Kg급 고장력강판을 제공할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 중량%로 C:0.01%이하, Mn:0.7%이하, P:0.03%이하 , S:0.015% 이하, Sol-Al: 0.06%이하, N:0.005%이하, Cu 0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb은 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력 강판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고장력강판은 인장강도가 40Kg/㎟이상이고, rm값(수직이방성의 평균값)이 2.1이상이고, 연성취성천이온도가 가공비 2.0 하에서 -80℃이하임을 특징으로 하는 내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력 강판.
  3. 중량%로 C : 0.01%이하, Mn : 0.7%이하, P : 0.03%이하 , S : 0.015% 이하, Sol-Al : 0.06%이하, N:0.005%이하, Cu 0.5~1.0%, Ti : 0.01 - 0.04%, Nb은 다음의 조건, 6.63[C] + 0.02% ≤Nb ≤ 6.63[C] + 0.04%을 만족하고, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 알루미늄 킬드강을 1200∼1250℃의 온도범위에서 균질화처리후, 마무리압연온도 Ar3이상의 온도에서 열간압연하고 550 -700℃에서 권취한 다음, 냉간압연하고, 800℃이상에서 연속소둔한 다음, 조질압연하는 것을 포함하여 이루어지는 내2차가공취성 및 가공성이 우수한 고장력강판의 제조방법.
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