KR20020044879A

KR20020044879A - 스트레칭 가공성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법

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Publication number: KR20020044879A
Application number: KR1020000074120A
Authority: KR
Inventors: 김재익
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-19

Abstract

본 발명은 주로 스트레칭(Stretching)가공을 실시하는 자동차 휠(Wheel)과 같은 부품에 적용되는 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 강중 고용강화원소인 Mn 및 P의 함량과 Mn/S의 중량비 및 B/N의 원자비를 적절히 조절하고 마무리 열간압연을 비교적 저온 영역에서 행함으로써, 강도 및 연성 조합이 1400kgf/mm²·% 이상으로 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C:0.08~0.15%, Mn: 0.3~0.8%, Si: 0.2% 이하, Al: 0.03~0.10%, N: 0.004~0.012%, P: 0.02~0.08%, B: 0.001~0.002%, S: 0.02% 이하, Mn/S중량비는 40~60, B/N원자비는 0.2~0.4이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 재가열한 후 920~950℃에서 열간압연을 시작하고 730~780℃의 온도범위에서 열간압연을 마무리한 다음, 450~550℃에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 스트레칭 가공성이 우수한 열연강판의 제조방법, 및 그 방법으로 제조된 열연강판을 기술적 요지로 한다.

Description

스트레칭 가공성이 우수한 열연강판 및 그 제조방법{A HOT-ROLLED STEEL SHEET WITH EXCELLENT STRETCHING WORKABILITY, AND A METHOD FOR MANUFACTURING IT}

본 발명은 주로 스트레칭(Stretching)가공을 실시하는 자동차 휠(Wheel)과 같은 부품에 적용되는 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도와 연성의 조합 뿐 아니라, 스트레칭 가공성도 향상시킨 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 등의 제조에 있어서, 연비향상 등의 목적을 달성하기 위해서는 소재로 되는 열연강판의 극박화와 아울러 강도를 향상시키는 것이 필수적이다. 열연강판에서 강도를 향상시키는 방법으로는, 고용강화, 석출강화, 변태조직강화법 등이 있는데, 이 중 석출강화 및 변태조직강화를 이용하는 경우에는, 제품의 강도확보가 용이하지만 엄격한 제조공정의 관리가 요구되고 다량의 합금원소를 첨가함으로 인한 제조원가의 상승이 문제로 되고 있다. 따라서, 인장강도 35~50kgf/mm²의 고강도 열연강판을 제조하는 경우에는, 주로 고용강화원소를 이용하는 고용강화법에 의해제품의 결정립을 미세화하여 강도를 확보하고 있다.

그러나, 고용강화법에 의해 제조되는 대부분의 강종에 있어서 강도의 향상은 연성의 감소를 동반하기 때문에, 이들 두 인자를 적절히 제어할 필요가 있다. 특히, 가공형태가 드로잉(Drawing) 가공보다는 스트레칭(Stretching) 가공으로 되는 자동차 휠(Wheel)과 같은 부품에 적용되는 열연강판에서는, 우수한 스트레칭 가공성이 요구되는데, 이러한 스트레칭 가공성은 소재의 연성에 의해 크게 지배되는 인자이므로, 열연강판에 있어서 연성은 강도와 함께 고려되어야 한다.

이를 위해, 열연강판에서는, 강도와 연성의 조합한 값에 의해 스트레칭성을 평가하는데, 통상의 경우 고용강화법으로 확보할 수 있는 값은 1000~1250kgf/mm²·% 수준이다.

한편, 자동차의 보강재 등에 사용되는 고강도 열연강판의 경우에는, 충돌시 에너지 흡수성이 우수해야 하기 때문에, 내충격성을 향상시켜야 하는데, 이것은 인장재질 특성중 항복강도값에 지배되는 요인이므로, 내충격성 확보를 위해서는 항복비를 70% 이상 되어야 한다.

따라서, 스트레칭 가공을 요하는 제품, 특히 자동차 휠과 같은 제품에 적용되는 열연강판에 있어서 우수한 강도 및 연성 뿐 아니라, 내충격성을 확보할 수 있는 기술이 요구되는 실정이다.

이에, 본 발명의 발명자는 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강중 고용강화원소인 Mn 및 P의 함량과 Mn/S의 중량비 및 B/N의 원자비를 적절히 조절하고 마무리 열간압연을 비교적 저온 영역에서 행함으로써, 강도 및 연성 조합이 1400kgf/mm²·% 이상으로 우수한 열연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C:0.08~0.15%, Mn: 0.3~0.8%, Si: 0.2% 이하, Al: 0.03~0.10%, N: 0.004~0.012%, P: 0.02~0.08%, B: 0.001~0.002%, S: 0.02% 이하, Mn/S중량비는 40~60, B/N원자비는 0.2~0.4이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 재가열한 후 920~950℃에서 열간압연을 시작하고 730~780℃의 온도범위에서 열간압연을 마무리한 다음, 450~550℃에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 스트레칭 가공성이 우수한 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 조성되고, 그리고 2.1~3.3㎛의 탄화물이 잔존하는 것을 특징으로 하는 스트레칭 가공성이 우수한 열연강판에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명의 발명자는, 최종 강판에서 2.1~3.3㎛의 탄화물이 잔존하면 강도 및 연성이 우수하여 스트레칭 가공이 행해지는 제품에 적용될 수 있다는 점에 착안하고, 그 제반조건을 검토한 결과, 강중 고용강화원소의 함량을 적절히 조정하고, 열간압연시 마무리 열간압연을 740~780℃의 2상 영역에서 행하면 좋은 것을 알아내었다.

이하, 강 성분 및 제조공정에 대하여 설명한다.

본 발명에서 C는 소정의 강도 수준을 확보하고 일정량의 탄화물 석출을 조장하기 위해 필요한 원소로서, 이와 같은 작용효과를 제공하기 위해서는 0.08% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, 그 함량이 0.15% 이상이면 가공품의 용접성을 열화시킬 뿐 아니라 연성을 저하시켜 스트레칭성의 확보를 곤란하게 한다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.08~0.15%로 설정하는 것이 바람직하다.

Mn은 고용강화원소로서, 적정 강도를 확보하고 적열취성을 방지하기 위해서는 최소 0.3% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, 그 함량이0.8% 이상이면 강의 소입성을 조장하여 베이나이트와 같은 경한 2상 조직을 형성시키고, 이로 인해 강도 불안정의 요인으로 작용하고, 또한 미세 편석을 일으켜 제품의 가공성을 열화시키므로,그 첨가량을 0.3~0.8%로 한정하는 것이 바람직하다.

S은 강중 Mn과 결합하여 망간-설파이드계 석출물을 형성하는 원소로서, 과잉 첨가되면 이들 석출물의 크기가 조대화되어 재질을 연화시켜 목표 강도를 확보하기 곤란하므로, 그 상한은 0.02%로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, S은 Fe과 결합하여 저온에서 적열취성을 일으키는 원소이므로, 이를 억제하기 위해 본 발명에서는 Mn/S 중량비를 40~60으로 설정하였다. 그 이유는, 상기 Mn/S 중량비가 40 미만이면 연주단계에서 취화의 원인이 되어 생산성을 떨어뜨리고, 60 이상이면 망간-설파이드계 석출물의 조대화에 의해 목표 강도를 확보하기가 곤란하기 때문이다.

Si은 강의 강화에는 유효한 원소이지만 과잉 첨가되면 열연 스케일(Scale)의 성상 열화를 가져오며, 또한 용융도금 특성을 현저히 악화시키므로, 그 함량을 0.2% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

Al은 탈산제 및 시효에 의한 재질 열화를 방지할 목적으로 첨가되는 원소로서, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 최소한 0.03% 이상 첨가가 필요하지만, 과다하게 첨가되면 탈산 효과의 포화 및 표면 개재물의 급증으로 열간 압연판의 표면 성상을 열화시키므로, 그 상한치를 0.10%로 제한하는 것이 바람직하다.

N는 강중에 침입하여 강화 특성을 나타내는 대표적인 원소로서 목표 강도를 확보하기 위해서는 0.004% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, 그 함량이 0.012% 이상으로 많아지면 시효성이 급격히 열화될 뿐만 아니라 제강 단계에서 큰 부담을 주어 작업성을 열화시키므로, 그 함량 범위를 0.004~0.012%로 한정하는 것이 바람직하다.

B은 소재의 탄화물 크기를 제어할 뿐 아니라, Ar₃변태점을 저하시켜 열간 가공성을 확보하며,또한 강의 연성을 확보하고 시효에 의한 가공성 열화를 억제하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 강중 0.001% 이상 첨가되어야 하지만, 0.002% 이상으로 과잉 첨가되면 오히려 베이나이트 변태를 촉진하여 강의 가공성을 나쁘게 할 뿐만 아니라 소재의 재결정온도를 급격히 상승시키므로, 그 상한은 0.002%로 한정하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 시효성 억제를 통한 소재의 가공성 개선을 위해서, B/N의 원자비를 0.20~0.40범위로 관리한다. 즉, 상기 B/N 원자비가 0.20 미만이면 고용 N의 잔존량이 증가하여 변형시효를 유발하고, 이로 인해 가공시 스트레쳐 스트레인(Stretcher Strain)과 같은 가공결함을 유발하기 때문에 바람직하지 않다. 반면에, 상기 B/N 원자비가 0.40 이상으로 되면 강의 소입성을 증가시켜 소재의 경화능은 커지지만 가공성이 열화되기 때문에, 0.20~0.40으로 관리하는 것이 바람직하다.

P은 고용강화 효과에 의한 열연판의 재질 확보를 위해서 첨가되는 원소이지만, 일정량 이상이 존재하면 오히려 강의 내식성 뿐만 아니라 최종 제품의 가공성을 열화시키므로, 그 첨가량을 0.02~0.08%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성된 강을 초기의 오스테나이트 조직을 가능한한 조대화시켜 줄 수 있는 오스테나이트역에서 균질화 처리한 후 920~950℃에서 열간압연을 시작하여 730~780℃의 2상 영역에서 열간압연을 마무리한다. 즉, Ar₃변태점 이상의 온도에서 마무리 열간압연을 실시하는 통상의 제조방법과는 달리, 상기한 바와 같이, 730~780℃의 2상역에서 마무리 열간압연을 하면, 미재결정 영역에서의 압연을 거치게되므로 오스테나이트상은 연신되고 오스테나이트 결정립내에는 변형대가 형성되어 페라이트의 재결정 핵 생성 위치로 작용하여 통상의 열연법에 비하여 열연판의 결정립을 조대화시킬 수 있는 것이다. 그러나, 상기 열연 마무리온도가 730℃ 미만으로 낮아지면 상온에서 안정한 상인 페라이트 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 최종 제품의 가공성을 현저히 열화시킬 뿐만 아니라 열간압연 부하를 증가시켜 부위별 재질 편차의 요인으로도 작용하므로, 그 범위를 730~780℃로 한정하는 것이 바람직하다.

그 후, 450~550℃의 온도에서 권취하면 열연판의 조직이 조대화되고 탄화물의 괴상화 및 석출정도가 결정되기 때문에 연성-강도 조합을 현저히 개선할 수 있다. 이를 통해 스트레칭 가공성이 우수한 고강도 열연강대를 제조할 수 있었다. 이때, 상기 탄화물의 괴상화 및 석출정도를 최적화 해야 원하는 재질 및 가공성을 확보할 수 있는데, 이를 위해 권취온도를 적절히 제어해야 한다. 상기 권취온도가 450℃ 미만인 경우에는 저탄소강의 탄화물이 너무 미세화되어 강도 불안정의 요인이 될 뿐만 아니라 목표로 하는 강도-연성의 조합도 확보하기 곤란하다. 반면에 권취온도가 550℃ 이상으로 증가하면 열연판 결정립이 성장하여 목표로 하는 재질을 확보할 수 없을 뿐만 아니라 탄화물의 괴상화가 일어나 가공성을 열화시키는 요인으로 작용한다.

한편, 상기와 같이 권취된 열연강판에는 크기가 2.1~3.3㎛인 탄화물이 생성되는데, 상기 탄화물의 크기는 강도-연성의 개선에 영향을 미치는 인자로서, 스트레칭성이 우수한 소재 특성을 확보하기 위해서는 탄화물의 크기가 상기와 같이 2.1~3.3㎛으로 되어야 한다. 상기 탄화물 크기가 2.1㎛ 미만으로 미세하면 열연 결정립의 성장을 억제하여 연성의 확보가 곤란할 뿐만 아니라 스트레칭성도 열화시키며, 반면에 탄화물의 크기가 3.3㎛ 이상으로 조대화되면 탄화물의 괴상화가 급격히 촉진되어 가공시 이들 조대 탄화물 부분에서의 균열이 조장됨에 따라 소재의 가공성을 악화시킨다.

따라서, 상기한 바와 같이 하여 제조된 열연강판에서는, 강도-연성 조합이 1400kgf/mm²·% 이상은 우수한 스트레칭성을 제공할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 오스테나이트역에서 재가열하여 920~950℃ 부근에서 열간압연을 시작하고 하기 표 2에 나타난 온도에서 열간압연을 마무리하였다. 그 후, 30℃/s의 냉각속도로 권취 단계까지 냉각하고, 하기 표 2의 온도에서 코일로 권취하였다.

이후, 연주작업성, 강도 및 연성의 조합, 스트레칭 가공성을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 상기 연주작업성은 연속주조시 균열과 같은 결함이 발생하는 정도로 평가하였고, 상기 강도 및 연성의 조합은 그 값이 1400kgf/mm²·% 이상인 것을 양호한 것으로 평가하였다. 또한, 상기 스트레칭 가공성은 가공시 가공부에서 스트레쳐 스트레인과 같은 가공결함이 발생하는가를 측정하여 평가하였다.

한편, 상기 각각의 평가에서 양호한 경우는 O로, 불량한 경우는 X로 나타내었다.

구분	화 학 성 분 (중량 %)	Mn/S중량비	B/N원자비
구분	C	Mn/S중량비	B/N원자비	Mn	Si	S	P	Al	N	B
발명강1	0.094	0.52	0.03	0.012	0.034	0.043	0.008	0.0013	43.3	0.21
발명강2	0.115	0.55	0.01	0.010	0.045	0.038	0.006	0.0015	55.0	0.32
발명강3	0.127	0.48	0.02	0.009	0.043	0.062	0.009	0.0018	53.3	0.25
비교강1	0.036	0.35	0.02	0.011	0.049	0.058	0.011	0.0015	31.8	0.17
비교강2	0.135	0.54	0.03	0.014	0.039	0.044	0.005	-	38.6	0
비교강3	0.087	0.26	0.52	0.011	0.069	0.038	0.008	-	23.6	0
비교강4	0.213	0.68	0.02	0.009	0.058	0.037	0.007	0.0012	75.6	0.22

구분	강종	마무리 열연온도 (℃)	권취온도(℃)	연주작업성	탄화물크기(㎛)	강도x연성조합	스트레칭가공성
비교재1	발명강1	880	570	O	3.7	X	X
발명재1		763	500	O	2.3	O	O
발명재2		750	500	O	2.6	O	O
비교재2	발명강2	750	600	O	1.6	X	X
발명재3		750	500	O	2.4	O	O
비교재3		750	400	O	3.8	X	X
발명재4	발명강3	760	520	O	2.8	O	O
발명재5	발명강3	760	480	O	2.5	O	O
비교재4	비교강1	880	600	O	0.9	X	O
비교재5	비교강1	760	550	O	1.2	X	O
비교재6	비교강2	750	450	O	3.9	X	X
비교재7	비교강3	860	500	O	1.8	X	O
비교재8	비교강3	780	500	O	1.7	X	O
비교재9	비교강4	860	500	X	3.9	X	X
비교재10	비교강4	750	500	X	4.3	X	X

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명강(1),(2) 및 (3)을 이용하여 본 발명의제조조건으로 제조된 발명재(1)~(5)는 탄화물의 크기가 2.1~3.3㎛의 범위내에 있고, 모두 1400kgf/mm²·% 이상의 우수한 강도-연성 조합치 및 스트레칭성을 나타내었다.

반면에, 발명강(1),(2) 및 (3)을 이용하였으나, 본 발명의 제조조건을 만족하지 못하는 비교재(1),(3)은, 탄화물이 괴상화되어 목표로 하는 강도와 연성 조합값과 스트레칭 가공성을 확보할 수 없었다. 비교재(2)는 권취온도가 높아 강도는 증가하였으나, 연성이 급격히 증가하여 소재의 스트레칭 가공성이 열화되는 문제가 있었다.

다음, 제조조건은 본 발명을 만족시키지만, 강 성분이 벗어난 시험재들에 대한 특성평가결과를 살펴본다.

먼저, 탄소함량이 낮은 비교강(1)을 이용한 비교재(5)는 강도가 낮아 1400kkgf/mm²·% 이상의 우수한 강도-연성 조합치를 얻을 수 없었고, B이 첨가되지 않은 비교강(2)로 제조된 비교재(6)은 탄화물의 제어가 곤란하여 괴상화가 급격히 촉진되었으며, 또한 가공시 가공부에 스트레쳐 스트레인과 같은 가공결함이 발생하여 스트레칭 가공용으로 부적합하게 되었다. Mn함량이 낮고 B이 첨가되지 않은 비교강(3)을 이용한 비교재(8)은 근본적으로 강도와 연성의 조합이 목표치를 만족하지 못하였고 동시에 가공시 가공부에 주름이 발생하는 등 스트레칭 가공성도 확보할 수 없었다. 또한, 탄소함량이 높은 비교강(4)를 이용한 비교재(10)은 연속주조시 면 사이로 균열과 같은 결함이 빈번히 발생하여 연주작업성이 열화하였고, 탄화물의 크기도 커서 탄화물의 괴상화가 급격히 진행되어 강도-연성 조합이 나빴다. 또한, 스트레칭 가공시 이들 조대 탄화물에 의해 가공균열이 발생하는 문제도 발생하였다.

다음으로, 강 성분 및 제조조건 모두 본 발명에서 벗어난 비교재(4),(7) 및 (9)는 모두 강도-연성의 조합이 kgf/mm²·% 미만인 것으로 나타났다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 고강도 열연강판에 있어서 연성을 향상시킬 수 있으므로 스트레칭 가공성이 요구되는 용도에 적용시 가공 균열과 같은 결함을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열간압연 작업을 비교적 저온영역에서 실시하여 열연판 표면 스케일(Scale)의 발생을 억제할 수 있으며, 에너지도 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

중량%로, C:0.08~0.15%, Mn: 0.3~0.8%, Si: 0.2% 이하, Al: 0.03~0.10%, N: 0.004~0.012%, P: 0.02~0.08%, B: 0.001~0.002%, S: 0.02% 이하, Mn/S중량비는 40~60, B/N원자비는 0.2~0.4이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 재가열한 후 920~950℃에서 열간압연을 시작하고 730~780℃의 온도범위에서 열간압연을 마무리한 다음, 450~550℃에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 스트레칭 가공성이 우수한 열연강판의 제조방법
중량%로, C:0.08~0.15%, Mn: 0.3~0.8%, Si: 0.2% 이하, Al: 0.03~0.10%, N: 0.004~0.012%, P: 0.02~0.08%, B: 0.001~0.002%, S: 0.02% 이하, Mn/S중량비는 40~60, B/N원자비는 0.2~0.4이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그리고 2.1~3.3㎛의 탄화물이 잔존하는 것을 특징으로 하는 스트레칭 가공성이 우수한 열연강판
제 2항에 있어서, 상기 열연강판은 강도×연성의 값이 1400kgf/mm²·% 이상인 것을 특징으로 하는 스트레칭 가공성이 우수한 열연강판