KR101736632B1

KR101736632B1 - 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101736632B1
Application number: KR1020150184928A
Authority: KR
Inventors: 조항식; 곽재현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-12-23

Abstract

본 개시의 일 실시 형태에 따른 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판은 중량 %로, 탄소(C): 0.05~0.3%, 실리콘(Si): 0.06~2.5%, 알루미늄(Al): 0.01~0.5%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, Cr, Ni, Mo 를 1종 또는 2종이상의 합이 2%이하, Ti를 0.05%이하(0% 제외), B를 0.003%이하(0% 제외)를 포함하고, 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 오스테나이트를 포함할 수 있다. 상기 강판은 상기 조성을 가짐으로써, 열연조직을 제어함으로써 냉간 압연성이 우수하며, 항복강도 및 연성을 모두 확보할 수 있다.

Description

항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법{COLD-ROLLED STEEL SHEET AND GALVANIZED STEEL SHEET HAVING HIGH YIELD STRENGTH AND DUCTILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 개시는 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 경량화를 위하여, 구조부재로 적용되는 강판의 강도를 높이면서 두께를 낮추고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다. 강판의 강도와 연성을 동시에 확보하기 위한 연구가 많이 이루어졌으며, 그 결과 저온조직인 마르텐사이트, 베이나이트와 더불어 잔류 오스테나이트 상을 활용하는 변태 조직강이 개발되어 적용되고 있다.

강판의 기계적 특징인 강도와 연성은 반비례 관계를 가지는데, 연성과 항복강도를 동시에 확보하기 위한 방법으로 템퍼드 마르텐사이트를 활용하고 페라이트와 템퍼드 마르텐사이트의 경도비를 3 이하로 하거나, 비스무스(Bi)를 첨가하거나, 소둔 후 별도의 상소둔 열처리를 통해 마르텐사이트를 템퍼링하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 강판의 조직으로 베이나이트나 마르텐사이트가 도입되면, 열연 폭방향 강도차이가 커서 냉간압연 하중이 매우 높고, 형상 제어가 어려워 판파단이 쉽게 발생하는 문제가 있다. 한편, 비스무스를 첨가하는 경우, 제강 중 휘발에 의한 손실과 저융점인 비스무스의 편석으로 연주와 열연 중 크랙이 발생하는 문제가 있다. 또한, 상소둔 열처리를 하는 경우, 인(P)의 편석으로 인하여 취성 파단이 발생할 수 있으며, 이후에 열처리 공정이 필요하므로 제조비용이 증가하는 문제가 있다.

따라서, 제조 비용을 감소시키면서 항복강도 및 연성을 모두 확보할 수 있는 냉연강판의 개발이 필요한 실정이다.

하기 특허문헌 1은 고망간 스테인리스 강재에 관한 것이다.

한국특허공개공보 제2002-0084573호 한국특허공개공보 제2010-0136745호 한국특허공개공보 제2001-7007699호

본 개시의 일 실시 형태는 항복강도 및 연성을 모두 확보할 수 있는 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 개시의 일 실시형태에 따른 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판은 중량%로, 탄소(C): 0.15~0.25 중량%, 실리콘(Si): 1.0~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 알루미늄(Al)+크롬(Cr)+몰리브덴(Mo): 0.02~1.5 중량%, 인(P): 0.001~0.10 중량%, 황(S): 0.010 중량% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 각각 면적분율 15~60%, 25~40% 및 5~20%로 포함하고, 마르텐사이트를 5~35%로 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시형태에 따른 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법은 중량%로 탄소(C): 0.15~0.25 중량%, 실리콘(Si): 1.0~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 알루미늄(Al)+크롬(Cr)+몰리브덴(Mo): 0.02~1.5 중량%, 인(P): 0.001~0.10 중량%, 황(S): 0.010 중량% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 냉간압연하는 단계, 상기 강재의 미세조직이 오스테나이트로 변태되도록 가열하는 단계, 상기 가열된 강재를 600~700℃의 온도 영역까지 2~10℃/s의 냉각속도로 서냉하는 단계, 상기 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도까지 7~30℃/s의 냉각속도로 급랭하는 단계 및 상기 급랭한 강재를 Ms 초과, Bs 이하의 온도 영역에서 일정 시간 유지하여 냉연강판을 얻는 단계;를 포함하며, 상기 냉연강판은 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트와 마르텐사이트를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 열연조직을 제어함으로써 냉간 압연성이 우수하며, 항복강도 및 연성을 모두 확보할 수 있는 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 냉연 강판의 내부 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 2은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 냉연 강판의 제조방법에서 처리 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 열연 서냉 열처리의 시간이 과다한 경우(a) 및 본 개시의 일 실시 형태에 따른 냉연 강판(b)의 열연 내부 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 개시의 실시 형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

또한, 본 개시의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 개시에서 냉연강판이라 함은 통상의 미도금 냉연강판은 물론 도금된 강판까지 모두 포함하는 개념이라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 개시의 냉연강판에 사용되는 도금은 아연계 도금, 알루미늄계 도금, 합금도금, 합금화 도금 등의 모든 종류의 도금일 수 있다. 또한, 본 개시에서 특별히 다르게 표시하지 않으면, 각 성분원소의 함량은 중량%를 기준으로, 조직의 비율은 면적을 기준으로 기재한 것이다.

이하, 본 개시에 의한 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판에 대하여 상세히 설명한다.

본 개시의 일 실시 형태의 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판은 중량 %로, 탄소(C): 0.05~0.3%, 실리콘(Si): 0.06~2.5%, 알루미늄(Al): 0.01~0.5%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, Cr, Ni, Mo 를 1종 또는 2종 이상의 합이 2%이하, Ti를 0.05%이하(0% 제외), B를 0.003%이하(0% 제외)를 포함하고, 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 오스테나이트를 포함한다.

바람직하게, 상기 냉연강판은 중량%로 탄소(C): 0.15~0.25 중량%, 실리콘(Si): 1.0~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 알루미늄(Al)+크롬(Cr)+몰리브덴(Mo): 0.02~1.5 중량%, 인(P): 0.001~0.10 중량%, 황(S): 0.010 중량% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

이하, 상기 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 성분 조성에 대하여 설명한다. 단, 각 성분의 함량에 관해서는 특별히 언급하지 않는 한 중량%를 의미함에 유의한다.

탄소(C): 0.15~0.25 중량%

상기 탄소의 함량은 0.15~0.25 중량% 일 수 있다.

상기 탄소는 변태조직강에서 강도확보를 위하여 첨가되는 중요한 원소이다.

상기 탄소의 함량이 0.15중량% 미만이면, 980MPa 이상의 인장강도를 확보하기 어려울 수 있으며, 강도 확보를 위하여 고가의 다른 합금 원소를 첨가해야하는 번거로움이 있다.

상기 탄소의 함량이 0.25중량%를 초과하면, 상기 강판의 용접성이 열화되는 문제점이 발생할 수 있다.

실리콘( Si ): 1.0~2.0 중량%

상기 실리콘의 함량은 1.0~2.0중량%일 수 있다.

상기 실리콘은 강재의 강도 및 연신율을 향상시킬 수 원소이다.

상기 실리콘의 함량이 1.0중량% 미만이면, 상기 강재의 미세조직에서 페라이트가 충분히 확보되지 않아 14% 이상의 연신율을 확보하기 어려울 수 있다.

상기 실리콘의 함량이 2.0중량%를 초과하면, 실리콘이 강판의 표면에 스케일 결함을 유발할 수 있으며, 도금 강판의 경우 표면 특성을 저하시키고 화성처리성을 저하시킬 수 있다.

망간( Mn ): 1.5~3.0 중량%

상기 망간의 함량은 1.5~3.0중량%일 수 있다.

상기 망간은 상기 강재 내에 존재할 경우 고용강화에 큰 역할을 할 수 있는 원소이다.

또한, 상기 망간은 변태강화강에서 경화능 원소로 사용될 수 있다.

상기 망간의 함량이 1.5중량% 미만이면 강도의 확보가 어려울 수 있으며, 상기 망간의 함량이 3.0중량%를 초과하면 강판의 용접성과 냉간압연 부하 증가 등의 문제가 발생할 수 있으며, 소둔 농화물 형성으로 덴트(dent)와 같은 표면결함을 유발할 수 있다.

알루미늄( Al ): 0.01 중량% 이상 및

알루미늄( Al )+크롬( Cr )+몰리브덴( Mo ): 0.02~1.5 중량%

상기 알루미늄의 중량은 0.01중량% 이상일 수 있다.

상기 알루미늄은 강 중 산소와 결합하여 탈산 작용을 할 수 있으며, 실리콘(Si)과 같이 페라이트 내의 탄소(C)를 오스테나이트로 분배하여 마르텐사이트 경화능을 향상시키는데 유효한 원소이다.

상기 알루미늄 함량이 0.01중량% 미만이면, 상술한 효과를 확보하기 어려울 수 있다.

상기 알루미늄, 크롬 및 몰리브덴은 강조 증가 및 페라이트의 입계 성장을 억제하는 원소로서 적정한 페라이트 분율을 확보하는데 유용한 원소이다.

상기 알루미늄+크롬+몰리브덴의 함량은 0.02중량%이상으로 하는 것이 바람직하며, 0.2~1.5중량%일 수 있다.

상기 알루미늄+크롬+몰리브덴의 함량이 1.5중량%를 초과하면, 슬라브 표면 품질을 저하시키고, 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.

상기 알루미늄은 산 가용성 알루미늄(Sol. Al)을 의미한다.

인(P): 0.001~0.10 중량%

상기 인의 함량은 0.001~0.10중량%일 수 있다.

상기 인은 강판을 강화시키는 역할을 하는 원소이다.

상기 인의 함량이 0.001중량% 미만이면, 강판을 강화시키는 효과가 미비할 수 있으며 제조비용의 문제를 발생시킬 수 있다.

상기 인의 함량이 0.10중량%를 초과하면, 강판의 프레스 성형성이 열화될 수 있으며, 강의 취성이 발생할 수 있다.

황(S): 0.010 중량% 이하

상기 황의 함량은 0.010 중량% 이하일 수 있다.

상기 황은 강 내에 불가피하게 함유되는 불순물이며, 강판의 연성 및 용접성을 감소시키는 원소이다.

상기 황의 함량은 이론상 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유되는 원소이다. 따라서, 이러한 점을 고려하여 강재에 해를 미치지 않는 범위내에서 상기 황의 함량의 상한을 0.010중량%으로 제어하는 것이 바람직하다.

티타늄( Ti ): 0.05중량% 이하(0중량% 제외)

상기 Ti의 함량은 0.05중량% 이하(0중량% 제외) 일 수 있다.

상기 Ti는 고온에서는 TiN 형태의 질화물을 만들고, 저온에서는 TiC 형태의 탄화물을 만드는 원소이다.

열간압연 또는 냉간압연 및 소둔 열처리 후, 상기 Ti는 Mo, Nb, V 및 Zr 등의 원소와 복합 형태의 탄화물을 형성한다. 상기 탄화물은 열간 성형을 위한 노 내에서 가열 시 오스테나이트 결정립 성장을 억제할 수 있으며, 냉각 속도의 변화에 대한 민감도를 낮출 수 있다.

상기 Ti의 함량이 0.05 중량%를 초과하면, 과도한 TiN과 같은 질화물 석출물 형성으로 부재의 충격 특성을 감소시킬 수 있으며, 제조원가가 증가할 수 있다.

본 개시의 강재는 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 강재에 포함되는 불순물에 대한 비제한적인 예로서는 0.01 중량% 이하의 질소(N)을 들 수 있다.

통상의 철강 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있어, 이를 배제할 수는 없다.

이들 불순물은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 개시에서는 언급하지는 않는다.

도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 냉연 강판의 내부 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다

도 1을 참조하면, 본 개시의 냉연강판은 강재의 강도와 연신율을 확보하기 위하여, 강재 내에 페라이트의 조성을 적절한 범위내로 제어하고, 그 외에 잔류 오스테나이트와 마르텐사이트를 포함할 수 있다. 상기 냉연강판에서 마르텐사이트는 높은 강도 확보를 위하여 강재 내에 소정의 범위로 포함되게 되며, 페라이트는 강재의 연신율을 확보하기 위하여 포함된다. 잔류 오스테나이트는 가공 과정 중에 마르텐사이트로 변태되며 이러한 변태 과정에서 강재의 가공이 양호하게 된다.

본 개시의 냉연강판의 미세조직은 면적분율로 페라이트 60%이하, 베이나이트 25%이상, 마르텐사이트 5%이상, 잔류오스테나이트 5%이상을 포함할 수 있다.

상기 페라이트는 충분할 연신율을 부여하기 위하여 면적분율 15% 이상으로 제어할 필요가 있으며, 너무 다량 첨가되어 강도가 저하되는 것을 방지하기 위하여 페라이트 비율을 60% 이하로 제어할 수 있다.

상기 베이나이트는 상간 강도차를 줄여서 연신율을 향상시키기 위하여, 면적분율 25%이상 포함할 수 있으며, 과다할 경우 강도가 저하될 수 있으므로 40%이하인 것이 바람직하다.

상기 마르텐사이트는 충분한 강도를 확보하기 위하여 면적분율 5%이상을 포함할 수 있으며, 과다할 경우 연신율이 감소할 수 있으므로 35% 이하인 것이 바람직하다.

상기 잔류 오스테나이트는 강재의 TS×EL이 높아져서 전체적으로 강도와 연신율의 밸런스가 향상될 수 있으므로, 면적분율로 5% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 잔류 오스테나이트가 과다할 경우 수소취성의 민감도가 늘어나는 문제가 있으므로, 잔류 오스테나이트는 면적분율로 20% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

본 개시의 냉연강판은 경질조직인 마르텐사이트와 연질조직인 페라이트가 함께 포함되는데, 이 경우 가공시 연질조직과 경질조직의 경계에서 크랙이 개시되어 전파되는 현상이 발생할 수 있다. 상기 페라이트 조직은 연신율 향상에는 크게 기여할 수 있으나, 가공 시 페라이트와 마르텐사이트 조직 간의 경도 차이로 인한 크랙을 조장할 수 있다는 단점이 있다.

본 개시의 냉연강판은 상기 문제점을 방지하기 위하여 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 오스테나이트를 포함한다.

상기 페라이트, 베이나이트 및 오스테나이트의 결정립의 크기가 5μm 이하일 경우, 마르텐사이트와의 강도 차로 인한 크랙이 진행하다가 결정립의 경계에서 진행이 저지될 수 있으며, 이는 가공시 강재의 파손을 방지할 수 있다.

조직 간의 경도 차이로 인한 크랙을 억제하기 위하여, 본 개시의 한가지 측면에서는 전체 페라이트 상 중에서 길이가 5㎛ 이하인 페라이트 상의 면적 비율(즉, 길이가 5㎛ 이하인 페라이트 상의 면적/전체 페라이트 상의 면적×100) 이 70% 이상일 수 있다. 즉, 길이가 5㎛ 이하인 페라이트가 다량 존재할 경우, 크랙이 진행하다고 분절된 경계에서 진행이 저지될 수 있으므로, 버링 가공 등에서 강재의 파손을 방지할 수 있는 것이다.

상기 냉연강판은 점용접성을 확보하기 위하여 C, Mn, Si, P, S의 함량이 하기 관계식 1로 나타낸 관계를 충족할 수 있다.

하기의 관계식 1은 점용접성에 영향을 주는 화학원소의 영향도를 C와 비교하여 나타낸 식으로서 계산된 C 당량이 0.45를 초과하는 경우 점용접성이 매우 열위해진다. 하기 관계식 1에서 C, Mn, Si, P, S 는 각각 해당원소의 함량(중량%)을 나타낸다.

(관계식 1)

C + Mn/20 + Si/30 + 2P + 4S ≤ 0.45

본 개시의 일 실시 형태의 냉연강판은 14%이상의 연신율을 가지며, 인장강도 980MPa, 항복강도 800MPa 이상으로 우수한 강도를 가질 수 있다. 상기 특징으로 인하여, 상기 냉연강판은 건축부재, 자동차강판 등의 산업분야에 대한 활용 가능성이 높은 이점이 있다.

이하, 본 개시에 의한 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 2은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 냉연 강판의 제조방법에서 처리 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2을 참조하면, 본 개시의 일 실시 형태에 따른 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법은 중량%로 탄소(C): 0.15~0.25 중량%, 실리콘(Si): 1.0~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 알루미늄(Al)+크롬(Cr)+몰리브덴(Mo): 0.02~1.5 중량%, 인(P): 0.001~0.10 중량%, 황(S): 0.010 중량% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 냉간압연 후, 상기 강재의 미세조직이 오스테나이트로 변태되도록 가열하는 단계, 상기 가열된 강재를 600~700℃의 온도 영역까지 2~10℃/s의 냉각속도로 서냉하는 단계, 상기 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도로 급랭하는 단계 및 상기 급랭한 강재를 일정 시간 유지하여 냉연강판을 얻는 단계를 포함하며, 상기 냉연강판은 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 오스테나이트와 마르텐사이트를 포함한다.

상기 강재를 냉간압연 후 오스테나이트로 변태되도록 가열하는 단계는 압연된 강재의 조직을 모두 오스테나이트로 변태시키기 위하여 오스테나이트 온도 영역(full austenite 영역)으로 가열할 수 있다.

상기 오스테나이트 온도 영역은 840℃ 이상일 수 있다.

통상 페라이트를 일정 수준 포함하는 강재의 경우, 오스테나이트와 페라이트가 공존하는 소위 이상역 온도 구간으로 강재를 가열하는 경우가 많으나, 이 경우 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트를 얻기 어려울 수 있으며, 열간압연 과정에서 생성된 밴드 조직이 그대로 잔존하여 연신율의 확보가 어려울 수 있다.

상기 서냉(annealing)하는 단계는 서냉하는 동안 강재 내부에는 다발적인 핵생성 작용에 의하여 최대 길이가 5μm 이하인 분절된 페라이트가 높은 비율로 형성될 수 있다.

상기 서냉시 냉각속도는 2~10℃/초일 수 있다.

상기 서냉의 냉각속도가 너무 느릴 경우 페라이트의 길이가 길어질 수 있어 연신율의 확보가 어려울 수 있으며, 냉각속도가 너무 빠를 경우 페라이트의 생성 분율이 충분하지 않을 수 있다.

상기 서냉은 600~700℃ 사이의 온도까지 수행할 수 있다.

700℃를 초과하는 온도에서 서냉을 중지하고 바로 급랭할 경우 충분한 페라이트 비율을 확보할 수 없으며, 600℃ 미만의 온도에서 중지하고 바로 급랭할 경우 페라이트 외의 기타 상의 비율을 확보할 수 없다.

상기 급랭(quenching)하는 단계는 마르텐사이트를 얻기 위하여 서냉된 강재를 바로 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도로 급랭하는 것이다.

상기 급랭 후 강재에는 페라이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트와 냉각 조건에 따라서 일부 베이나이트가 포함될 수 있다.

상기 급랭 시 냉각속도는 7~30℃/초의 범위일 수 있다.

상기 냉연강판을 얻는 단계는 급랭된 조직 중 마르텐사이트는 탄소를 다량 함유하고 있던 오스테나이트가 무확산 변태한 것이기 때문에, 마르텐사이트 내에도 탄소가 다량 함유될 수 있다. 이 경우, 조직의 경도가 높아지는 측면이 있을 수는 있으나, 반대로 인성이 급격히 열화되는 문제가 발생할 수 있다.

일반적으로, 이를 높은 온도에서 템퍼링 처리하여 마르텐사이트 내에서 탄소가 탄화물로 석출하도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 본 개시에서는 급랭된 강재를 Ms 초과, Bs 이하의 온도에서 일정 시간 유지되도록 함으로써 마르텐사이트 내에 존재하던 탄소가 고용량의 차이로 인하여 잔류 오스테나이트로 분배(Partitioning)되고, 소정량의 베이나이트가 생성된 냉연강판을 얻을 수 있다.

상기 잔류 오스테나이트에 탄소의 고용량이 증가할 경우, 잔류 오스테나이트의 안정성이 증대되어 잔류 오스테나이트를 일정 비율 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉연강판은 베이나이트를 면적비율로 25~40%로 포함할 수 있다.

본 개시의 냉연강판의 제조방법은 1차 냉각단계와 2차 유지단계에서 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 사이에 탄소의 분배가 일어나며, 마르텐사이트의 일부가 베이나이트로 변태되어 본 개시의 한가지 측면에서 의도하는 조직 구성을 얻을 수 있다.

상기 유지하는 단계는 Ms 이하의 온도에서 강재를 유지하는 통상의 분배처리와는 상이하며, 냉각 후 강재의 온도를 다시 Ms 초과 ~ Bs 이하의 온도의 상대적으로 높은 온도에서 수행할 수 있다. 이로 인해, 상기 냉연강판의 미세조직의 구성과 형태 및 조성 배분을 얻음으로써 본 개시에서 확보하고자하는 연신율 및 항복강도를 얻을 수 있다.

충분한 분배 효과를 얻기 위하여, 유지시간은 300초 이상일 수 있다.

상기 유지시간이 600초를 넘어서면 더 이상의 분배 효과 상승을 기대하기 어려울 뿐 아니라, 생산성이 저하될 수도 있으므로, 유지시간의 상한을 600초로 정할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 개시를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 개시를 상세하게 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 개시의 권리범위를 한정하지 않는다.

(실시예)

하기 표 1에 기재된 조성의 강재를 표 2에 기재된 조건으로 처리하여 냉연강판을 얻었다. 표 2에서 급랭은 강판에 물에 담그는 켄칭(quenching)법으로 실시하였다. 표 2에서 비교예 4는 강재가 완전히 오스테나이트 변태 하는 온도 보다 낮은 온도까지만 가열된 것이며, 나머지 비교예와 실시예는 모두 완전히 오스테나이트 변태 하는 온도(full austenite 변태 온도)까지 가열한 것이다. 또한, 급랭 후 유지 온도는 모든 실시예와 비교예에서 Ms 초과 Bs 미만의 관계를 충족한다.

구분	성분의 함량 (중량%)
구분	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Cr	Mo	Al+Cr+Mo
실시예 1	0.15	1	2.7	0.01	0.004	0.035	0.005	0.02	0.01	0.065
실시예 2	0.17	1.4	2.4	0.015	0.003	0.05	0.004	0.5	0	0.55
실시예 3	0.21	1.6	2.6	0.007	0.003	0.22	0.003	0.02	0.02	0.26
실시예 4	0.23	1.3	2.1	0.008	0.004	0.043	0.005	0.5	0	0.543
비교예 1	0.2	1.2	2.6	0.009	0.003	0.35	0.007	0.04	0.05	0.44
비교예 2	0.15	2.2	1.3	0.015	0.008	0.043	0.005	0.001	0.05	0.094
비교예 3	0.27	0.1	1.1	0.015	0.008	0.043	0.005	0.002	0.01	0.055
비교예 4	0.15	1.4	2.2	0.011	0.005	0.038	0.004	0.004	0	0.042
비교예 5	0.18	1.7	2.5	0.005	0.015	0.003	0.05	0.004	0.5	0.507

구분	열연서냉 열처리온도 (℃)	열연서냉열처리시간 (시간)	가열온도 (℃)	가열시간(초)	서냉중지온도(℃)	서냉시간(초)	급랭중지온도(℃)	급랭 후 유지온도(℃)	급랭 후 유지시간(초)	도금 실시 여부
실시예 1	600	2	850	60	600	60	300	400	500	미실시
실시예 2	600	2	870	60	600	60	300	400	500	미실시
실시예 3	600	2	890	60	600	60	300	400	500	미실시
실시예 4	600	2	870	60	600	60	300	400	500	실시
비교예 1	600	2	870	60	600	60	300	400	200	실시
비교예 2	600	2	870	60	600	60	300	400	500	실시
비교예 3	600	2	870	60	600	60	300	400	500	실시
비교예 4	600	2	800	60	미실시	미실시	300	400	500	미실시
비교예 5	600	2	870	60	600	60	300	400	500	실시

상술한 과정에 의해 제조된 냉연강판의 내부조직과 물성을 평가한 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 도금성 평가는 표면에 미도금된 영역이 존재하는지(X), 그렇지 않은지(O)를 기준으로 판단하였으며, 용접성은 용접부에 크랙이 발생하는지(X) 그렇지 않은지를 기준으로 판단하였다. 도금성은 도금강재에 한하여 평가하였다.

구분	미세조직 면적분율(%)					열간 프레스 후 강판의 특성
구분	페라이트	마르텐사이트	잔류 오스테나이트	베이나이트	5μm이하인 페라이트 상의 면적비율	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)	HER(%)	도금성	용접성
실시예 1	42	21	11	26	86	803	1105	15	38	-	○
실시예 2	22	28	14	36	92	904	1150	17	40	-	○
실시예 3	24	35	10	31	75	1002	1320	14	32	-	○
실시예 4	47	19	18	20	78	895	1090	22	35	○	○
비교예 1	25	38	5	32	65	995	1375	10	15	×	○
비교예 2	32	18	20	30	72	802	1100	16	24	○	×
비교예 3	14	40	4	42	95	1109	1424	9	18	-	○
비교예 4	35	25	9	31	45	750	1175	15	12	○	○
비교예 5	28	42	2	28	52	650	1320	10	20	○	○

상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 본 개시의 조성 및 제조조건을 충족하는 실시예 1 내지 4는 길이가 5㎛ 이하인 페라이트 상의 면적비율, 각 조직의 존재 비율(면적%) 등이 본 개시에서 규정하는 범위를 충족하고 있었으며, 그 결과 항복강도와 인장강도가 높으면서 높은 연신율 및 구멍확장성(HER)을 가짐을 알 수 있다.

반면, 비교예 1은 길이가 5㎛ 이하인 페라이트의 비율이 미흡하고, 마르텐사이트 비율이 과다한 것으로서, 강도는 우수하나 연신율과 구멍확장성이 낮은 결과를 나타내었다.

비교예 2는 강중 Si 함량이 높고 Mn 함량이 낮았던 경우로서, 이 역시 강도와 연신율은 확보되나 구멍확장성이 약간 미흡한 경우를 나타내며, 비교예 3은 C 함량은 본 개시의 범위를 초과하고 Si, Mn 함량이 낮았던 경우로 연신율과 구멍확장성이 미흡함을 확인할 수 있다.

한편, 비교예 4는 고온으로 가열 후 서냉하지 않고 바로 급랭한 경우로서, 길이가 5㎛ 이하인 페라이트의 비율이 미흡하며 그 결과 구멍확장성이 본 개시에서 목표하는 정도에 도달하지 못함을 알 수 있다.

도 3는 열연 서냉 열처리의 시간이 과다한 경우(a) 및 본 개시의 일 실시 형태에 따른 냉연 강판(b)의 열연 내부 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.

도 3(a)를 참조하면, 비교예 5는 열연 서냉 열처리 시간이 너무 길어서 도 3 (b)와 같이 실시예의 열연 서냉 열처리재 대비해서 탄화물이 과대 성장하여, 소둔 열처리 시에 열연 후 형성된 탄화물이 충분히 용해되지 않아서, 최종 미세 조직에서 오스테나이트의 양이 충분히 확보되지 못하고, 연신율이 만족되지 않음을 알 수 있다.

즉, 비교예 1 내지 5의 경우 연신율과 구멍확장성을 겸비하는 것이 불가한 것을 알 수 있으며, 비교예에 비해 본 개시의 조건에 맞게 제조된 강판의 우수한 물성을 확인할 수 있었다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 자에게 있어서는 본 개시의 기본적인 사상의 범주 내에서 본 개시를 다양하게 수정 및 변경이 가능하며, 또한, 본 개시의 권리범위는 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 함을 명시한다.

Claims

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중량%로 탄소(C): 0.15~0.25 중량%, 실리콘(Si): 1.0~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 알루미늄(Al)+크롬(Cr)+몰리브덴(Mo): 0.02~1.5 중량%, 인(P): 0.001~0.10 중량%, 황(S): 0.010 중량% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 각각 면적분율 15~60%, 25~40% 및 5~20%로 포함하고, 마르텐사이트를 5~35%로 포함하는 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판.
제2항에 있어서,
상기 강판의 조성은 C + Mn/20 + Si/30 + 2P + 4S ≤ 0.45(단, C, Mn, Si, P, S는 각 해당원소의 함량(중량%을 의미함)의 관계를 충족하는 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판.
삭제
제3항에 있어서,
상기 강판은 항복강도가 800MPa이며 연신율이 14%인 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판.
삭제
중량%로 탄소(C): 0.15~0.25 중량%, 실리콘(Si): 1.0~2.0 중량%, 망간(Mn): 1.5~3.0 중량%, 알루미늄(Al)+크롬(Cr)+몰리브덴(Mo): 0.02~1.5 중량%, 인(P): 0.001~0.10 중량%, 황(S): 0.010 중량% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 냉간압연하는 단계;
상기 강재의 미세조직이 오스테나이트로 변태되도록 가열하는 단계;
상기 가열된 강재를 600~700℃의 온도 영역까지 2~10℃/s의 냉각속도로 서냉하는 단계;
상기 강재를 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하, 마르텐사이트 변태종료온도(Mf) 이상의 온도까지 7~30℃/s의 냉각속도로 급랭하는 단계; 및
상기 강재를 Ms 초과, Bs 이하의 온도 영역에서 일정 시간 유지하여 냉연강판을 얻는 단계;를 포함하며,
상기 냉연강판은 평균 직경이 5μm 이하인 페라이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트와 마르텐사이트를 포함하는 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 냉연강판은 조성은 C + Mn/20 + Si/30 + 2P + 4S ≤ 0.45(단, C, Mn, Si, P, S는 각 해당원소의 함량(중량%을 의미함)의 관계를 충족하는 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 냉연강판의 미세조직은 면적분율로 페라이트 60% 이하, 베이나이트 25% 이상, 마르텐사이트 5% 이상, 잔류오스테나이트 5% 이상을 포함하는 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 냉연강판은 항복강도가 800MPa이며 연신율이 14%인 항복강도 및 연성이 우수한 고강도 냉연강판의 제조방법.