KR102464387B1 - 고강도 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 높은 연신율과 홀확장성 및 우수한 표면 특성, 및 플랜지성을 가지는 고강도 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.08% 미만, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YP): 270 MPa 이상, 인장강도(TP): 560 MPa 이상, 연신율(El): 30% 이상, 및 홀확장성(HER): 45% 이상을 만족하고, 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함한다.
Description
본 발명의 기술적 사상은 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 연신율과 홀확장성 및 우수한 표면 특성, 및 플랜지성을 가지는 고강도 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차용 강판은 각종 환경 규제 및 에너지 사용 규제에 의해 연비향상이나 내구성 향상을 위하여 강도가 더욱 높은 강판이 요구되고 있다. 특히, 자동차의 충격 안정성 규제가 확산되면서 차체의 내충격성 향상을 위해 멤버(Member), 시트레일(seat rail) 및 필라(pillar) 등의 구조 부재에 고강도강이 사용되고 있다. 그러나 일반적으로 강판의 강도가 증가할수록 연신율이 감소하게 됨으로써, 성형가공성이 저하되는 문제점이 발생하므로, 이를 보완할 수 있는 재료의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
590MPa급 이상의 강도를 확보하기 위하여, 석출강화 및 변태강화를 활용하여 고강도강을 제조한다. 석출강화의 경우 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 또는 바나듐(V)을 첨가하여 탄질화물을 석출하여 미세석출에 의한 결정립 성장억제를 통해 결정립을 미세화 시켜 강도를 확보 한다. 다만, 석출강화의 경우 열연 권취온도에 따른 석출물 사이즈 및 분포가 달라질 수 있어 냉연제품에서 길이방향 재질편차를 발생시킬 수 있는 문제점이 있으므로, 780MPa급 이상의 고강도강을 제조하는데 어려움이 있다.
변태강화강의 경우 이상조직강, 복합조직강, 변태유기소성상, 마르텐사이트강, 핫스탬핑강 등 여러 가지 기술이 개발되어 왔다. 특히, 이상조직강은 연질의 페라이트 기지에 경질의 마르텐사이트가 분포하는 강으로 강도와 연신율의 밸런스가 우수하여 590~980MPa급 냉연강판의 개발이 이루어졌고, 상기 자동차용 부품으로 많이 사용되고 있다. 다만 일반적인 이상조직강의 경우 페라이트와 마르텐사이트 상간의 경도차가 크고, 부품 성형 시 두 상의 계면에 응력이 집중되어 굽힘 특성이나 플랜징 특성을 요구하는 부품에 적용 시 가공크랙이 발생하기 쉬운 문제점이 있다. 이러한 특성을 개선하고자 페라이트와 마르텐사이트 이상 간의 경도차를 줄이기 위해 중간상인 베이나이트를 포함하는 복합조직강(Complex Phase)강이 개발되어 있으나 연신율이 저하되는 문제점이 있어 이상조직강에 비해 부품에 적용되는 범용성이 불리하다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 높은 연신율과 홀확장성 및 우수한 표면 특성, 및 플랜지성을 가지는 고강도 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 높은 연신율과 홀확장성 및 우수한 표면 특성, 및 플랜지성을 가지는 고강도 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.08% 미만, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YP): 270 MPa 이상, 인장강도(TP): 560 MPa 이상, 연신율(El): 30% 이상, 및 홀확장성(HER): 45% 이상을 만족하고, 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.08% ~ 0.11%, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0.001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YP): 350 MPa 이상, 인장강도(TP): 780 MPa 이상, 연신율(El): 20% 이상, 및 홀확장성(HER): 25% 이상을 만족하고, 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판에서, Si/(Al + Mn) 는 0.10 ~ 0.25 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 페라이트의 분율은 70% ~ 90% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 10% ~ 30% 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, (a) 중량%로, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.08% 미만, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계; (b) 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; (c) 상기 냉연강판을 770℃ ~ 820℃ 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; 및 (d) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, (a) 중량%로, 탄소(C): 0.08% ~ 0.11%, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0.001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계; (b) 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; (c) 상기 냉연강판을 770℃ ~ 820℃ 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; 및 (d) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강재를 준비하는 단계; (a-2) 상기 강재를 1,180℃ ~ 1,220℃ 범위에서 재가열하는 단계; (a-3) 상기 재가열된 강재를 880℃ ~ 950℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및 (a-4) 상기 열연강판을 400℃ ~ 700℃ 범위에서 권취하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (d) 단계는, (d-1) 상기 소둔 열처리한 냉연강판을 1℃/초 ~ 10℃/초 범위의 냉각속도로 600℃ ~ 700℃ 까지 1차 냉각하는 단계; 및 (d-2) 상기 1차 냉각한 냉연강판을 10℃/초 초과 ~ 50℃/초 미만 범위의 냉각속도로 460℃ ~ 500℃ 까지 2차 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (d) 단계를 수행한 후에, (e) 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 460℃ ~ 500℃의 온도에서 용융아연도금을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (e) 단계를 수행한 후에, (f) 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 490℃ ~ 530℃의 범위의 온도에서 합금화 열처리를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 고강도 합금화 용융아연도금 강판은 590 MPa급에서 30% 이상의 연신율과 45% 이상의 홀확장성을 확보할 수 있고, 780 MPa급에서 연신율 20% 이상의 연신율과, 25% 이상의 홀확장성을 확보할 수 있고, 또한 우수한 표면특성을 가진 도금강판을 제공할 수 있다. 따라서, 종래의 이상조직강에 비하여 성형성이 향상되어 복잡한 형상의 부품에 적용할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 표면 결함을 설명하는 사진들이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 표면 결함을 설명하는 사진들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은 높은 연신율과 홀확장성 및 우수한 표면 특성, 및 플랜지성을 가지는 고강도 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 일반적인 이상조직강의 특성에 비해 향상된 연신율과 플랜지성을 확보하기 위하여, 페라이트의 분율을 확보하면서 동시에 페라이트 경도를 상향시켜 마르텐사이트 상과의 경도차를 감소시킨다. 이를 위하여, 실리콘(Si)을 첨가하여 페라이트 내부의 탄소를 결정립계로 이동시켜 청정한 페라이트를 확보하여 연신율을 상향시키고, 또한 페라이트 내의 고용강화 효과를 발생시켜 페라이트의 경도를 상향시킬 수 있다. 이에 따라, 페라이트와 마르텐사이트 사이의 상간 경도차를 감소시켜 연신율 증가 및 플랜지성 향상을 제공할 수 있다.
다만, 실리콘을 다량 첨가하면, 냉연 열처리 공정에서 실리콘 리치(Si-Rich) 산화막이 강판 표면에 전체적으로 치밀하게 형성되어 도금 공정과 합금화 공정에 나쁜 영향을 끼치게 되어, 결과적으로 미도금 또는 미합금 등의 결함을 유발할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 페라이트 안정화 원소이며 실리콘에 비하여 산화성이 강한 알루미늄을 더 첨가함으로써 실리콘 과잉 산화막 형성을 억제하여, 표면에 망간 리치(Mn-Rich) 산화막을 형성하여, 이에 따라 연신율 감소를 최소화하고 동시에 강판의 표면 특성이 향상된 강판을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 강판 전체에 대한 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.01% ~ 0.11%
탄소는 강도에 기여하는 원소로, 오스테나이트에 고용되어 최종 냉각후 마르텐사이트의 강도 상승을 유발하여 재질 강도 증가에 효과가 있다. 탄소의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 강도 상승효과가 부족하게 된다. 탄소의 함량이 0.11%를 초과하는 경우에는, 마르텐사이트 강도를 상승하며 페라이트 및 마르텐사이트간 상간 경도차를 증가시켜 홀확장성의 저하를 일으키고, 탄소 당량을 증가하여 점용접성이 저하될 수 있다. 따라서, 탄소의 함량을 강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.11%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%
실리콘은 페라이트 안정화 원소이며, 페라이트 내에 고용 되어 페라이트 강도를 증가시키고, 페라이트 내 전위 밀도를 증가시켜 가공경화지수를 증가시킬 수 있다. 실리콘의 함량이 0.4% 미만인 경우에는, 강도와 연신율이 저하될 수 있다. 실리콘의 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는, 강판 표면에 실리콘계 산화물을 형성하여 표면 특성과 도금 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량을 강판 전체 중량의 0.4% ~ 1.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%
망간은 소입성 원소로써 냉각 중 오스테나이트 안정화함으로써 펄라이트 및 베이나이트의 제3상이 형성되는 것을 억제함으로써, 낮은 냉각속도에서도 페라이트와 마르텐사이트의 이상 분리를 용이하게 한다. 망간의 함량이 2.0% 미만인 경우에는, 제3상의 형성에 따라 강도가 저하될 수 있다. 망간의 함량이 2.8%를 초과하는 경우에는, 아주 낮은 냉각속도에서도 제3상의 형성을 억제함으로써 열연재의 강도를 극대화하여, 냉간압연시 압연 부하를 발생시킬 수 있다. 또한 망간이 농화된 밴드조직을 형성함으로써 굽힘성의 저하 요인이 될 수 있다. 따라서, 망간의 함량을 강판 전체 중량의 2.0% ~ 2.8%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%
알루미늄은 페라이트 청정화 원소이며, 페라이트 내 탄화물 석출을 억제하여 페라이트의 연성을 향상시킬 수 있다. 도금재의 경우에는, 산화력이 강하여 강판 내부에서 알루미늄이 먼저 산화되어, 표층부의 실리콘계 산화물 형성을 억제하게 되어, 도금 특성을 향상시킬 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.2% 미만인 경우에는, 도금 특성 및 연신율 향상에 대한 효과가 부족할 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.5% 를 초과하는 경우에는, A1, A3 변태점을 상승시켜, 소둔역 초기 오스테나이트 분율 확보를 위하여 고온 소둔을 수행해야 될 수 있다. 따라서, 알루미늄의 함량을 강판 전체 중량의 0.2% ~ 0.5%로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0.001% ~ 0.015%
인은 고용강화 효과가 큰 원소로 소재 강도를 향상시킬 수 있다. 인의 함량이 0.001% 미만인 경우에는, 강도 증가 효과가 적고 탈인을 위한 공정 비용 증가가 크게 될 수 있다. 인의 함량이 0.015% 를 초과하는 경우에는, 인이 입계에 편석하여 강의 인성 및 용접성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 인의 함량을 강판 전체 중량의 0.001% 초과 ~ 0.015%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.003%
황은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 망간과 결합하여 MnS 개재물을 형성하여 굽힘 등 부품 성형성을 저해할 수 있다. 따라서, 황의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.003%로 제한하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0% 초과 ~ 0.01%
질소는 AlN 형성 등을 통한 연주 시 크랙이 발생할 위험성이 크게 증가될 수 있다. 따라서, 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제강 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
본 발명의 일실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 0.01% ~ 0.08% 미만의 탄소 함량을 가지는 강판으로서, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.08% 미만, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이때, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판에서, Si/(Al + Mn) 는 0.10 ~ 0.25 범위일 수 있다. 상기 범위에서 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 연신율, 성형성, 표면 특성이 우수하게 나타나게 된다.
상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 0.01% ~ 0.08% 미만의 탄소 함량을 가지는 강판으로서, 항복강도(YP): 270 MPa 이상, 인장강도(TP): 560 MPa 이상, 연신율(El): 30% 이상, 및 홀확장성(HER): 45% 이상을 만족할 수 있다. 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 항복강도(YP): 270 MPa ~ 370 MPa, 인장강도(TP): 560 MPa ~ 650 MPa, 연신율(El): 30% ~ 40%, 및 홀확장성(HER): 45% ~ 60%를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 0.08% ~ 0.11%의 탄소 함량을 가지는 고탄소 강판으로서, 중량%로, 탄소(C): 0.08% ~ 0.11%, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0.001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이때, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판에서, Si/(Al + Mn) 비율은 0.10 ~ 0.25 일 수 있다. 상기 범위에서 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 연신율, 성형성, 표면 특성이 우수하게 나타나게 된다. 이와 같은, 비율에 의하여, 연신율 및 성형성이 향상되고, 표면 특성이 향상될 수 있다.
상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 0.08% ~ 0.11%의 탄소 함량을 가지는 고탄소 강판으로서, 항복강도(YP): 350 MPa 이상, 인장강도(TP): 780 MPa 이상, 연신율(El): 20% 이상, 및 홀확장성(HER): 25% 이상을 만족할 수 있다. 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 항복강도(YP): 350 MPa ~ 450 MPa, 인장강도(TP): 780 MPa ~ 880 MPa, 연신율(El): 20% ~ 25%, 및 홀확장성(HER): 25% ~ 35%를 만족할 수 있다.
상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 가질 수 있다. 상기 페라이트의 분율은, 예를 들어 70% ~ 90% 범위일 수 있다. 상기 마르텐사이트의 분율은, 예를 들어 10% ~ 30% 범위일 수 있다. 상기 분율은 강판의 미세조직 사진을 이미지 분석기를 통하여 도출한 면적비율을 의미한다. 이와 같은, 상기 페라이트와 상기 마르텐사이트의 분율을 가지는 조직을 가짐으로써, 저항복 및 고연성을 확보하여 우수한 프레스 성형성을 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 상기 조성의 강재를 이용하여 열연강판을 제조하는 단계(S110), 상기 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계(S120); 상기 냉연강판을 소둔 열처리하는 단계(S130); 및 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계(S140);를 포함한다.
또한, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 상기 냉연강판을 용융아연 도금하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 상기 용융아연 도금하는 단계를 수행한 후에 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.
열연강판 제조단계(S110)
상기 합금 조성을 갖는 강괴 또는 강 슬라브와 같은 강재를 준비한다. 상기 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.08% 미만, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또는, 상기 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.08% ~ 0.11%, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0.001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 강재를, 예를 들어 1,180℃ ~ 1,220℃ 범위의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 조직을 파괴하여 오스테나이징 처리를 실시하며 이때 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,180℃ 미만인 경우에는, 열간압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,220℃를 초과하는 경우에는, 표면 스케일량이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있고, 에너지가 낭비될 수 있다.
상기 재가열 후 통상의 방법으로 열간압연을 행하고, 예를 들어 880℃ ~ 950℃ 범위의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 열간 마무리 압연을 수행하여 열연강판을 제조할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 880℃ 미만인 경우에는, 페라이트와 펄라이트의 밴드상 조직(band structure)이 생성될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 950℃를 초과할 경우에는, 스케일 생성의 증가되고, 결정 입경이 조대화되어, 조직의 미세 균일화가 어려울 수 있다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 400℃ ~ 700℃ 범위의 권취온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 예를 들어 5℃/초 ~ 150℃/초의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 공랭 또는 수냉으로 수행될 수 있다. 상기 냉각은 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 400℃ ~ 700℃ 범위의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다. 상기 귄취온도의 범위는 냉간 압연성, 표면 성상의 관점에서 선택할 수 있다. 상기 권취온도가 400℃ 미만인 경우에는, 마르텐사이트 등의 경질상이 과도하게 생성되어 열연강판의 재질이 과도하게 증가하여 냉간압연 시 압연 부하가 현저하게 증가 할 수 있다. 상기 권취 온도가 700℃를 초과할 경우에는, 페라이트-펄라이트 밴드구조가 심해져 최종 제품의 미세조직의 불균일성을 초래할 수 있다. 상기 권취된 열연강판은 페라이트, 펄라이트 및 마르텐사이트가 홍합된 혼합조직을 가질 수 있다.
냉연강판 제조단계(S120)
상기 열연강판을 산으로 세정하는 산세 처리를 수행한다. 이어서, 상기 산세 처리된 열연강판을, 예를 들어 40% ~ 80%의 평균 압하율로 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 형성한다. 상기 평균 압하율이 높을수록, 조직 미세화 효과로 인한 성형성이 상승되는 효과가 있다. 상기 평균 압하율 40% 미만인 경우에는, 균일한 미세조직을 얻기 어렵다. 상기 평균 압하율이 70%를 초과하는 경우에는, 롤 힘이 증가되어 공정부하가 증가된다.
소둔 열처리 단계(S130)
상기 냉연강판을 통상의 서냉각 구간이 있는 연속 소둔로에서 소둔 열처리한다. 상기 소둔 열처리는, 예를 들어 770℃ ~ 820℃의 범위의 온도에서 수행된다. 상기 소둔 열처리는 초기 오스테나이트 분율을 50% 이상 확보하기 위하여 수행된다. 상기 소둔 열처리 온도가 770℃ 미만인 경우에는, 초기 오스테나이트 분율이 확보되지 않아 강도가 확보되지 않을 수 있다. 상기 소둔 열처리 온도가 820℃를 초과하는 경우에는, 초기 오스테나이트 분율이 너무 높아져 냉각 중 펄라이트 및 베이나이트 등과 같은 제3상의 변태 제어가 어려울 수 있다.
다단 냉각 단계(S140)
상기 소둔 열처리한 냉연강판을 다단 냉각한다. 상기 냉각하는 단계는 하기의 두 단계로 수행될 수 있다.
먼저, 상기 소둔 열처리한 냉연강판을, 예를 들어 1℃/초 ~ 10℃/초 범위의 냉각속도로, 예를 들어 600℃ ~ 700℃까지 1차 냉각한다. 상기 1차 냉각은 상대적으로 서냉 단계로 지칭될 수 있다. 상기 1차 냉각의 종료온도가 600℃ 미만인 경우에는, 원하지 않는 베이나이트의 변태가 발생할 수 있다. 상기 1차 냉각의 종료온도가 700℃를 초과하는 경우에는, 페라이트의 변태가 많이 발생하여 강도 확보가 용이하지 않을 수 있다.
이이서, 상기 1차 냉각된 냉연강판을, 예를 들어 10℃/초 초과 ~ 50℃/초 미만의 범위의 냉각속도로, 예를 들어 460℃ ~ 500℃까지 2차 냉각한다. 상기 2차 냉각은 상대적으로 급랭 단계로 지칭될 수 있다. 상기 2차 냉각의 종료온도가 460℃ 미만인 경우에는, 강판의 온도가 낮아져서, 이후 도금 시 아연 도금욕 내에 드로스가 발생할 수 있다. 상기 2차 냉각의 종료온도가 500℃를 초과하는 경우에는, 이후 도금 시 강판의 온도가 아연 도금욕의 온도보다 높으므로, 아연 도금욕의 온도가 상승하여, 아연 증기 과잉 발생 또는 화재 등의 공정 사고가 발생할 수 있다.
이후 과시효 대에서는, 안정된 페라이트와 오스테나이트가 분리된 구조가 유지되고, 이후 아연 도금 이후 최종 냉각 시 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하게 되어, 최종 조직은 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 형성할 수 있다.
상기 강판의 표면품질은 일반적으로 로내 이슬점(Dew Point)이 -30℃ ~ -50℃ 수준으로 유지되고, 이 구간에서 알루미늄 첨가 효과로 용융아연 도금단계를 수행하기 전에 상기 강판의 표면에 실리콘-리치(Si-Rich) 산화물 형성을 억제하게 되고, 또한 합금화 단계를 수행할 때 부하를 줄일 수 있으며, 미려한 표면 품질을 확보할 수 있다.
또한, 상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판은 냉연강판 외에도, 용융아연 도금강판 및 합금화 용융아연 도금강판으로 제조될 수 있다.
용융아연 도금단계(S150)
용융아연 도금단계(S150)에서, 상기 냉각된 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여, 상기 냉연강판 표면에 용융아연 도금층이 형성되어 용융아연 도금강판을 형성할 수 있다. 상기 냉연강판을, 예를 들어 460℃ ~ 500℃의 범위의 온도에서 30초 ~ 100초 범위의 시간 동안 유지하여 용융아연 도금을 수행한다. 이어서, 1℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 상온으로 냉각시켜 용융아연 도금강판을 제조할 수 있다.
합금화 열처리단계(S160)
합금화 열처리 단계(S160)에서, 상기 용융아연 도금된 냉연강판을, 예를 들어 460℃ ~ 500℃의 범위의 온도에서 합금화 열처리를 실시될 수 있다. 합금화 열처리 단계(S160)는 이전의 용융아연 도금 단계를 수행한 후에 냉각하지 않고 연속하여 수행할 수 있다. 상기 조건으로 합금화 열처리시 용융아연 도금층이 안정적으로 성장되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 460℃ 미만인 경우에는, 합금화가 충분히 진행되지 못해 용융아연 도금층의 건전성이 저하될 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 500℃를 초과하는 경우에는, 이상역 온도 구간으로 넘어가게 되면서 재질의 변화가 발생할 수 있다. 이어서, 상온으로 냉각시켜 합금화 용융아연 도금강판을 제조할 수 있다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 강을 준비하고, 상술한 바와 같은 소정의 열연 및 냉연 공정을 거쳐 실시예들과 비교예들에 따른 강판을 준비하였다. 또한, 필요한 경우, 용융아연 도금 및 합금화 열처리를 수행하였다. 표 1에서 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물이다.
| 분류 | C | Si | Mn | Al | Nb | Cr | Mo | Si/(Al + Mn) |
| 실시예1 | 0.06 | 0.3 | 2.0 | 0.3 | 0.13 | |||
| 실시예2 | 0.06 | 0.5 | 2.0 | 0.3 | 0.22 | |||
| 실시예3 | 0.08 | 0.5 | 2.2 | 0.3 | 0.20 | |||
| 실시예4 | 0.1 | 0.3 | 2.4 | 0.3 | 0.11 | |||
| 실시예5 | 0.1 | 0.5 | 2.4 | 0.3 | 0.19 | |||
| 비교예1 | 0.065 | 0.2 | 1.95 | 0.03 | 0.3 | 0.05 | 0.10 | |
| 비교예2 | 0.065 | 1.0 | 1.95 | 0.03 | 0.51 | |||
| 비교예3 | 0.09 | 0.2 | 2.2 | 0.03 | 0.4 | 0.05 | 0.09 | |
| 비교예4 | 0.1 | 0.5 | 2.4 | 0.3 | 0.015 | 0.19 |
표 1을 참조하면, 실시예들과 비교예들은 인, 황, 및 질소는 상술한 범위 내에 제한되어 있다. 실시예1, 실시예2, 비교예 1 및 비교예2는 탄소 함량이 0.01% ~ 0.08% 미만인 경우이고, 실시예3, 실시예4, 실시예5, 비교예3 및 비교예4는 0.08% ~ 0.11%인 경우이다. 또한, 비교예1 내지 비교예3은 알루미늄 함량이 0.2% ~ 0.5%에 비하여 낮은 경우이다. 비교예4는 탄소, 실리콘, 망간, 알루미늄을 본 발명의 실시예의 범위로서 가지고 있으나, 니오븀을 더 포함하는 경우이다.
표 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 특성을 나타내는 표이다.
| 구분 | 항복강도 (MPa) |
인장강도 (MPa) |
연신율 (%) |
홀확장성 (%) |
표면결함 | |
| 미도금 | 합금화 불량 | |||||
| 실시예1 | 298 | 567 | 32.2 | 50 | 없음 | 없음 |
| 실시예2 | 281 | 622 | 32 | 47 | 없음 | 없음 |
| 실시예3 | 284 | 699 | 26.2 | 42 | 없음 | 없음 |
| 실시예4 | 396 | 780 | 24.7 | 33 | 없음 | 없음 |
| 실시예5 | 363 | 811 | 21.5 | 28 | 없음 | 없음 |
| 비교예1 | 283 | 624 | 28.7 | 38 | 없음 | 없음 |
| 비교예2 | 280 | 633 | 33.1 | 48 | 있음 | 있음 |
| 비교예3 | 389 | 823 | 18.9 | 20 | 없음 | 없음 |
| 비교예4 | 390 | 871 | 14.7 | 22 | 없음 | 없음 |
표 2를 참조하면, 모든 실시예들은 항복강도 및 인장강도를 목표 범위로 달성하였고, 표면 상태에서도 미도금 또는 합금화 불량의 결함이 나타나지 않았다. 실시예1 내지 실시예3은 0.01% ~ 0.08% 미만의 탄소 함량을 가지는 강판으로서, 목표 범위인 30% 이상의 연신율과 45% 이상의 홀확장성을 만족하였다. 실시예4 및 실시예5는 0.08% ~ 0.11%의 탄소 함량을 가지는 고탄소 강판으로서, 목표 범위인 20% 이상의 연신율과 25% 이상의 홀확장성을 만족하였다.
비교예1은 0.01% ~ 0.08% 미만의 탄소 함량을 가지는 강판으로서, 목표 범위인 30% 이상의 연신율과 45% 이상의 홀확장성을 나타내지 못하였다. 비교예2는 0.01% ~ 0.08% 미만의 탄소 함량을 가지는 강판으로서, 표면 상태에서 미도금 및 합금화 불량 현상이 나타났다. 비교예3 및 비교예4는 0.08% ~ 0.11%의 탄소 함량을 가지는 고탄소 강판으로서, 목표 범위인 20% 이상의 연신율과 25% 이상의 홀확장성을 나타내지 못하였다. 비교에4의 경우에는, 니오븀 첨가에 의하여 연신율과 홀확장성이 저하된 것으로 분석된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 표면 결함을 설명하는 사진들이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 표면 결함이 발견되지 않았다. 비교예2로 예시된 비교예에서는, 적색 원으로 표시된 미도금 결함과 황색으로 표시된 합금화 불량 영역, 즉 미합금 영역이 나타났다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판은, 비교예2로 예시된 종래의 이상조직강에 비하여 우수한 표면 특성을 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 고강도 합금화 용융아연도금 강판은 실리콘 함량을 증가시켜, 페라이트 내의 고용 강화를 야기함으로써, 연성 페라이트 분율을 증가시켜 이에 따라 연신율을 증가시키고, 경질상인 마르텐사이트 분율을 감소시키고 페라이트와 마르텐사이트 사이의 상간 경도차를 저감시켜 홀확장성을 증가시킬 수 있다. 이러한 이상조직강의 강도는 다음과 같다.
σDP = σα fα + σM (1-fα)
여기에서, σDP 는 이상조직강의 강도, σα 는 페라이트의 강도, fα 는 페라이트의 분율, σM 는 마르텐사이트의 강도이다. 본 발명의 경우에는 페라이트의 분율(fα)이 증가되고, 마르텐사이트의 분율(1-fα)이 감소되지만, 페라이트의 강도(σα)가 실리콘 함유에 따라 증가되므로, 마르텐사이트 분율 감소에 의한 강도 감소를 보완할 수 있고, 더 나아가 전체 강도를 증가시킬 수 있다. 또한, 페라이트의 강도(σα)의 증가에 따라, 상기 페라이트와 상기 마르텐사이트 사이의 상간 경도차를 감소시켜 플랜지 특성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (10)
- 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.08% 미만, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
항복강도(YP): 270 MPa 이상, 인장강도(TP): 560 MPa 이상, 연신율(El): 30% 이상, 및 홀확장성(HER): 45% 이상을 만족하고,
페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 분율은 70% ~ 90% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 10% ~ 30% 범위이고,
Si/(Al + Mn) 는 0.10 ~ 0.25 범위인,
고강도 합금화 용융아연도금 강판. - 중량%로, 탄소(C): 0.08% ~ 0.11%, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0.001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
항복강도(YP): 350 MPa 이상, 인장강도(TP): 780 MPa 이상, 연신율(El): 20% 이상, 및 홀확장성(HER): 25% 이상을 만족하고,
페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 분율은 70% ~ 90% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 10% ~ 30% 범위이고,
Si/(Al + Mn) 는 0.10 ~ 0.25 범위인,
고강도 합금화 용융아연도금 강판. - 삭제
- 삭제
- (a) 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.08% 미만, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계;
(b) 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
(c) 상기 냉연강판을 770℃ ~ 820℃ 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계;
(d) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계;
(e) 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 460℃ ~ 500℃의 온도에서 용융아연도금을 수행하는 단계; 및
(f) 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 490℃ ~ 530℃의 범위의 온도에서 합금화 열처리를 수행하는 단계;를 포함하고,
상기 (d) 단계는,
(d-1) 상기 소둔 열처리한 냉연강판을 1℃/초 ~ 10℃/초 범위의 냉각속도로 600℃ ~ 700℃ 까지 1차 냉각하는 단계; 및
(d-2) 상기 1차 냉각한 냉연강판을 10℃/초 초과 ~ 50℃/초 미만 범위의 냉각속도로 460℃ ~ 500℃ 까지 2차 냉각하는 단계;를 포함하는, 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법으로서,
상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 이용하여 제조한 고강도 합금화 용융아연도금 강판은,
항복강도(YP): 270 MPa 이상, 인장강도(TP): 560 MPa 이상, 연신율(El): 30% 이상, 및 홀확장성(HER): 45% 이상을 만족하고,
페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 분율은 70% ~ 90% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 10% ~ 30% 범위이고,
Si/(Al + Mn) 는 0.10 ~ 0.25 범위인,
고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법. - (a) 중량%로, 탄소(C): 0.08% ~ 0.11%, 실리콘(Si): 0.4% ~ 1.0%, 망간(Mn): 2.0% ~ 2.8%, 알루미늄(Al): 0.2% ~ 0.5%, 인(P): 0.001% ~ 0.015%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.003%, 질소(N):0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계;
(b) 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
(c) 상기 냉연강판을 770℃ ~ 820℃ 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계;
(d) 상기 냉연강판을 다단 냉각하는 단계;
(e) 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 460℃ ~ 500℃의 온도에서 용융아연도금을 수행하는 단계; 및
(f) 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 490℃ ~ 530℃의 범위의 온도에서 합금화 열처리를 수행하는 단계;를 포함하고,
상기 (d) 단계는,
(d-1) 상기 소둔 열처리한 냉연강판을 1℃/초 ~ 10℃/초 범위의 냉각속도로 600℃ ~ 700℃ 까지 1차 냉각하는 단계; 및
(d-2) 상기 1차 냉각한 냉연강판을 10℃/초 초과 ~ 50℃/초 미만 범위의 냉각속도로 460℃ ~ 500℃ 까지 2차 냉각하는 단계;를 포함하는, 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법으로서,
상기 고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 이용하여 제조한 고강도 합금화 용융아연도금 강판은,
항복강도(YP): 350 MPa 이상, 인장강도(TP): 780 MPa 이상, 연신율(El): 20% 이상, 및 홀확장성(HER): 25% 이상을 만족하고,
페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 분율은 70% ~ 90% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 10% ~ 30% 범위이고,
Si/(Al + Mn) 는 0.10 ~ 0.25 범위인,
고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
(a-1) 상기 합금 조성을 갖는 강재를 준비하는 단계;
(a-2) 상기 강재를 1,180℃ ~ 1,220℃ 범위에서 재가열하는 단계;
(a-3) 상기 재가열된 강재를 880℃ ~ 950℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
(a-4) 상기 열연강판을 400℃ ~ 700℃ 범위에서 권취하는 단계를 포함하는,
고강도 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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| GRNT | Written decision to grant | ||
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