KR100544724B1

KR100544724B1 - 가공성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100544724B1
Application number: KR1020010084609A
Authority: KR
Inventors: 최시훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2006-01-24
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: KR20030054448A

Abstract

본 발명은 자동차 외판등의 재료에 사용되는 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 평균 소성변형비가 비교적 높고 소성변형비 이방성계수가 작은 가공성이 우수한 냉연강판과 그 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로 C: 0.001~0.01%, Mn: 0.1~1.5%, P: 0.003~0.1%, S: 0.01%이하, Ti: 0.015~0.07%, 산가용성 Al: 0.04~0.5%, N: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고; 그리고

평균소성변형비(r_m)가 1.8 이상이고, 소성변형비 이방성계수(Δr)가 0.3이하인 가공성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법을 그 요지로 한다.

소성변형비, 가공성, 소성변형비 이방성계수, 알루미늄, 냉연강판

Description

가공성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법{Cold Rolled Steel Sheet with Superior Workability and Method for Manufacturing the Sheet}

도 1은 비교강 및 발명강들에 대한 방위분포함수의 ψ_{2 =}45°단면을 나타내는 결과도로서, (a)는 비교강(1)을, (b)는 발명강(1)을, (c)는 발명강(2)를, 그리고 (d)는 발명강(3)을 나타냄.

본 발명은 자동차 외판등의 재료에 사용되는 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평균 소성변형비(r_m)가 비교적 높고 소성변형비 이방성계수(Δr)가 작은 가공성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 자동차 외판의 재료로 가공결함 없이 프레스 성형을 실시하고 성형 후 원하는 모양의 부품을 원활하게 제작하기 위하여 자동차용 강판으로 가공성이 우수한 냉연강판이 요구된다.

연신율이 높고 소성변형비가 큰 냉연강판으로 자동차 외판을 성형하면 원하는 모양의 부품을 제작하는데 유리하다.

연신율은 인장 시 균열 발생 없이 연신되는 강판의 성질을 나타내는 값이므로 연신율이 크면 허용되는 강판의 변형이 크다고 할 수 있다.

연신율은 강종이 결정되면 크게 변화하지 않는 강의 기계적 성질이다.

또한, 소성변형비 r값은 두께방향의 변형률에 대한 폭방향의 변형률의 비로 정의되는 값이다.

상기 소성변형비가 큰 강판은 폭방향의 변형량이 일정하다고 가정하고 일정 변형량만큼 판재를 임의 방향으로 인장하였을 때 두께방향의 변형률이 적으므로 큰 변형까지 재료의 네킹이 발생하지 않고 가공이 가능하다는 것을 의미한다.

결국 판재의 가공성을 향상시키기 위해서는 연신율 및 소성변형비를 증가시켜야 한다.

한편, 가공성의 정도를 나타내는 중요한 기계적 성질로 소성변형비 이방성이 있다. 소성변형비는 판재의 이방성 성질에 기인하여 인장방향에 따라 다른 값을 가진다. 인장 방향에 따른 소성변형비의 변화 정도를 나타내는 것이 평균 소성변형비, r_m와 소성변형비 이방성계수, Δr 이다.

일반적으로 소성변형비를 측정하는 방법으로는 각 판재의 r₀, r₄₅, r₉₀를 측정하여 하기 관계식(1) 및 (2)에 의해 r_m과 Δr을 결정하는 방법을 들수 있다.

[관계식 1]

r_m=(r₀+2r₄₅+r₉₀)/4,

[관계식 2]

Δr=(r₀-2r₄₅+r₉₀)/2

여기서, r₀, r₄₅, r₉₀은 인장방향이 판재의 압연방향에 대하여 각각 0° 45° 90°방향의 소성변형비의 값을 의미한다.

Δr값이 작기 위해서는 각 방향으로 인장하였을 때 소성변형비의 차이가 작아야 한다.

Δr값이 작다는 것은 프레스 성형 시 변형률의 분포가 균일하다는 것을 의미하므로 스트레칭 모드의 변형에서 큰 변형까지 성형하는데 유리하다.

높은 Δr값과 높은 r_m값을 가진 강은 스트레칭모드 뿐만 아니라, 디프드로잉 모드의 변형에서도 가공성이 향상된다.

종래의 자동차용 강판의 성형성을 향상시키기 위하여 냉연강판에 Ti나 Nb를 첨가하여 고용 C 및 N을 탄화물이나 질화물로 석출시키거나(일본특개평9-296226, 일본특개평9-296226), 중저탄소강에 Ti와 N양을 조절하여 집합조직을 조절하였다 (DE3843732).

그러나, 단독 Ti첨가강은 Δr값이 비교적 높아 스트레칭성이 열악하다는 문제점이 있고, 중저탄소강의 경우는 시효문제로 BAF를 사용한다는 문제점을 갖고 있다.

본 발명자는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 평균 소성변형비가 비교적 높고 소성변형비 이방성계수가 작은 가공성이 우수한 냉연강판과 그 제 조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

평균소성변형비(r_m)가 1.8 이상이고, 소성변형비 이방성계수(Δr)가 0.3이하인 가공성이 우수한 냉연강판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 중량%로 C: 0.001~0.01%, Mn: 0.1~1.5%, P: 0.003~0.1%, S: 0.01%이하, Ti: 0.015~0.07%, 산가용성 Al: 0.04~0.5%, N:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강을 1050~1300℃에서 재가열하고, 890~950℃의 마무리압연온도 및 600~750℃의 권취온도조건으로 열간압연한 후, 65~90%의 압하율로 냉간압연하고, 750~870℃의 균열대온도, 20~100℃/s의 급냉대 냉각속도 및 350~500℃의 과시효대 온도조건으로 연속소둔한 다음, 0.5~2%의 압하율로 조질압연하여 가공성이 우수한 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 강중 C는 침입형 고용원소로서, 냉연 및 소둔과정에서 강판의 집합조직형성에 매우 큰 영향을 미친다.

강중에 포함된 고용탄소량이 많을수록 r_m값의 증가 및 Δr값의 감소에 유리한 {111} 집합조직의 성분이 약해져 소둔판의 성형성을 저하시킨다.

강중 C함량이 0.003중량%을 초과하게 되면, 탄화물로 석출시키기 위한 Ti, Nb함량이 상대적으로 높아져 재료원가상승 측면에서 불리하나, 석출되는 미세한 TiC는 강의 강도를 향상시켜 항복강도 확보 및 인장강도 향상에 효과적이다.

상기 C 함량의 하한값을 0.001중량%로 제한 한 이유는 통상적인 제강기술로 생산가능한 조성으로 제한하고자 함이고, 그 상한을 0.01중량%로 제한한 이유는 상기 C 의 함량이 0.01중량%이상인 경우에는 연속소둔방식으로 제조시 고용 C에 의해 상온시효의 문제가 발생하기 때문이다.

강중 Mn은 고용강화 효과에 유효한 원소이며, 특히 강중 S를 MnS로 석출시켜 열간압연 시 S에 의한 판파단 발생 및 고온취화를 억제시킨다.

그러나, 본 발명과 관련된 실험에 의하면, Mn함량이 0.1중량%미만의 경우에는 강도 상승효과를 얻을 수 없고, 강중 S를 Mn으로 완전히 석출시키지 못하기 때문에 성형성 확보에 문제가 있다.

고용강화를 위해서는 다량 함유하는 것이 강도측면에서 유리하지만, Mn의 입계편석에 의한 연신율하락도 우려되므로 그 상한은 1.5중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

강중 P는 함량이 많을수록 강도상승에는 매우 유리하지만 과잉의 P첨가는 취성파괴 발생가능성을 높혀 열간압연 도중 슬라브의 판파단의 발생가능성이 증가되고, 소둔완료 후 결정입계로의 확산 및 편석이 용이해짐에 따라 DBTT(Ductile Brittle Transition Temperature)를 상승시켜 성형시 2차가공 취성 발생에 대한 문제점이 증대되기 때문에, 그 상하은 0.1중량%로 설정하는 것이 바람직하고, 그 하한은 강도 30kgf/mm² 이상을 확보하기 위하여 0.003중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 S와 N은 강중 불순물로써 불가피하게 첨가되는 원소들이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 중요하다. 그러나, 그 함량들이 적게 관리할수록 강의 정련 비용이 높아진다.

따라서, 조업조건을 고려하여 S함량은 0.01중량%이하, N함량은 0.005중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Ti는 강중에 C 및 N을 탄화물과 질화물로 형성시켜 항복점 형성을 억제하고, {111}집합조직 성분의 발달을 유리하게 하여 가공성을 향상시키는 원소로서, 그 함량이 0.015중량%이하인 경우에는 C 및 N을 탄화물과 질화물로 결합시키는데 불충분하고, 0.07중량%이상인 경우에는 과다한 고용 Ti으로 연신율이 감소하기 때문에 그 함량은 0.015∼0.07중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 산가용 Al은 기존에 강의 입도 미세화와 탈산을 위해서 첨가되는 원소인데, 본 발명에서는 r_m값이 1.8이상이고 Δr값이 0.3이하인 강을 개발하기 위해 첨가하므로 인정적인 Δr값을 확보하기 위하여 그 하한값은 0.04중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

일반적으로 Ti첨가 냉연강판에 발달하는 재결정 집합조직은 {111}<112>와 {111}<110>을 포함하는 γ- fibre집합조직인데, 이 집합조직성분은 소성변형비 이방성을 감소시키는 효과를 가지고 있다.

상기 산가용 Al의 함량이 0.04%이상 첨가되면 {111}<112>와 {111}<110>을 포함하는 γ- fibre집합조직이 강해져서 소성변형비 이방성이 줄어들게 된다.

그러나, 산가용 Al이 너무 많이 함유되는 경우에는 연신율 및 r_m값을 감소시키므로 그 상한값은 0.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 산가용 Al의 함량은 0.04∼0.5중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성되는 강을 Ar3온도 이상에서 강의 조직이 오스테나이트 상태에서 열간압연한 후, 권취한다.

열간압연 후 코일의 권취온도는 고온으로 하여 권취상태에서 원활히 TiC를 형성시켜 고용탄소를 최소화시킨다.

상기와 같이 제조된 열연강판을 냉간압연, 연속소둔, 및 조질압연공정을 거치게 된다.

본 발명의 제조조건은 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상적인 조건이면 어느 것이나 가능하며, 바람직한 제조방법의 일례는 다음과 같다.

즉, 상기와 같이 조성되는 강을 1050~1300℃에서 재가열한 후 890~950℃의 열간 마무리 온도조건으로 열간압연한 다음, 600~750℃의 온도에서 권취하고, 65~90%의 압하율로 냉간압연하고 연속소둔을 실시한 다음, 0.5~2%의 압하율로 조질압연을 행하여 항복점현상을 제거하여 준다.

상기 연속소둔은 균열대온도를 750~870℃로 하고 급냉대 냉각속도를 20~100℃/s로 급냉한 후 과시효대 온도 350~500℃에서 열처리하는 방식으로 행하는 것이 바람직 하다.

상기와 같이 제조된 강은 1.8이상의 r_m값 및 0.3이하의 Δr값을 갖는다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 강은 스트레칭 모드 및 디프드로잉 모드의 변형에서 우수한 가공성을 갖게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 고용Al을 갖고 있음에도 불구하고 연신율이 유지되면서 r_m값이 1.8이상이고 Δr값이 0.3이하인 스트레칭 모드 및 디프드로잉 모드의 변형에서의 가공성이 우수한 냉연강판이 제조된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1의 성분을 갖는 강을 용해하고 열간압연을 실시하였다.

열간압연 시 재가열온도는 1200℃, 마무리 온도는 920℃, 권취온도는 630℃이였다.상기와 같이 제조된 열간압연판의 표면 산화층을 산세로 제거한 후 74% 냉간압연을 실시하였다.

냉간압연한 강판을 연속 소둔로에서 열처리하였다. 열처리시 균열대의 온도는 830℃이고, 균열대의 유지시간은 35초로 하였다.

과시효대 온도는 430℃이었다. 열처리 후 0.7%의 압하율로 조질압연을 실시하였다.

상기와 같이 제조된 시편들에 대하여 인장강도, 총연신율, 평균소성변형비 및 소성변형비 이방성계수를 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 비교강(1)과 발명강(1-3)에 대하여 방위분포함수의 ψ₂= 45°단면을 조사하 고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

	C	Mn	P	S	Sol-Al	Ti	N
발명강1	0.0037	0.34	0.03	0.011	0.11	0.052	0.0021
발명강2	0.0039	0.34	0.03	0.011	0.21	0.054	0.0016
발명강3	0.0039	0.33	0.03	0.011	0.40	0.053	0.0015
비교강1	0.0032	0.36	0.03	0.011	0.015	0.05	0.0019
비교강2	0.0032	0.35	0.03	0.011	0.022	0.058	0.0012
비교강3	0.0034	0.34	0.03	0.011	0.022	0.047	0.0018
비교강4	0.0030	0.35	0.03	0.011	0.035	0.053	0.0019
비교강5	0.0032	0.35	0.03	0.011	0.022	0.058	0.0024

	인장강도(kgf/mm²)	총연신율(%)	r_m	Δr
발명강1	32.97	43.7	1.82	0.28
발명강2	33.55	43.5	1.88	0.26
발명강3	33.48	43.1	1.83	0.29
비교강1	31.19	45.1	1.73	0.56
비교강2	32.26	44.9	1.74	0.34
비교강3	31.92	44.6	1.75	0.41
비교강4	31.43	45.5	1.72	0.57
비교강5	30.81	46.0	1.61	0.70

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 발명강(1-3)의 경우에는 Δr값이 0.3보다 낮고, r_m값이 1.8보다 높음을 알 수 있다.

반면에, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교강(1-5)의 경우에는 Δr값이 0.3보다 높고, r_m값이 1.8보다 낮음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 부합되는 강은 본 발명을 벗어나는 비교강에 비하여 Δr값이 작고 r_m값이 높아 프레스 성형 시 균일한 변형분포를 얻을 수 있게 되어 안정하게 부품성형을 할 수 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 발명강(1-3)의 경우에는 γ-fibre집합조직이 상대적으로 강하게 발달하고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 r_m 값이 1.8이상이고 Δr값이 0.3이하인 가공성이 우수한 냉연강판을 제공하므로써 자동차 부품분야에 효과적으로 적용될 수 있는 효과가 있으며, 특히 본 발명에 의한 강을 사용하여 자동차 부품을 성형하는 경우 스트레칭 모드 및 디프드로잉 모드의 변형에서 우수한 가공성으로 인하여 부품을 용이하게 가공할 수 있다.

Claims

중량%로 C: 0.001~0.01%, Mn: 0.1~1.5%, P: 0.003~0.1%, S: 0.01%이하, Ti: 0.015~0.07%, 산가용성 Al: 0.04~0.5%, N: 0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고; 그리고

평균소성변형비(r_m)가 1.8 이상이고, 소성변형비 이방성계수(Δr)가 0.3이하인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 냉연강판
중량%로 C: 0.001~0.01%, Mn: 0.1~1.5%, P: 0.003~0.1%, S: 0.01%이하, Ti: 0.015~0.07%, 산가용성 Al: 0.04~0.5%, N:0.005%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강을 1050~1300℃에서 재가열하고, 890~950℃의 마무리압연온도 및 600~750℃의 권취온도조건으로 열간압연한 후, 65~90%의 압하율로 냉간압연하고, 750~870℃의 균열대온도, 20~100℃/s의 급냉대 냉각속도 및 350~500℃의 과시효대 온도조건으로 연속소둔한 다음, 0.5~2%의 압하율로 조질압연하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 냉연강판의 제조방법