KR20060028909A

KR20060028909A - 형상 동결성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060028909A
Application number: KR1020040077814A
Authority: KR
Inventors: 최시훈; 김진철; 진광근
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-04
Also published as: EP1805339A4; CN101031666A; CN100494449C; WO2006080670A1; JP2008514820A; EP1805339A1; US20070289679A1

Abstract

본 발명은 형상동결성이 우수하여 자동차 외판재로 사용하기에 적합한 고강도 냉연강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, C:0.01~0.05%(중량%, 이하 동일), Ti:0.005~0.06%, Mn:0.1~1%, Si:0.1%이하, P:0.03%이하, S:0.03%이하, 산가용성Al: 0.08%이하, N: 0.01%이하, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되며, Ti과 N, C 간에는 Ti/N > 5, 4C-Ti* > 0.03% [이때Ti*=Ti-(48/14)N]의 관계를 갖는, 시효지수(AI)가 30MPa 이하이고 형상동결성이 우수한 등방성 냉연강판을 제공한다.또한 본 발명은, 상기 조성을 갖는 강을 통상의 방법으로 열간압연을 실시하고 급속냉각하여 권취하는 단계, 산세 후 냉간압연 하는 단계,냉간압연 후 재결정 시키는 단계, 1차 냉각시키고, 곧 이어서 영역까지 2차 냉각시키는 단계, 및 과시효(overaging) 처리 한 후, 0.5% 이상의 조질압연을 실시하는 단계로 구성되는 냉연강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의한 강을 사용하여 자동차 부품을 성형 시 스트레칭 변형모드에서 우수한 가공성으로 인하여 부품을 용이하게 가공할 수 있다.

형상 동결성, 고강도 냉연강판,시효지수,등방성,스트레칭 모드

Description

형상 동결성이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법{High Strength Cold Rolled Steel Sheet Excellent In Shape Freezability,And Manufacturing Method Thereof}

도 1은 소성변형비와 항복곡면과의 관계를 보여주는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 연속소둔 공정 및 그에따른 미세조직 변화를 보여주는 개략도.

도 3은 강에 발달하는 주요 집합조직의 성분을 보여주는 도면(ψ₂ = 45°)

도 4는 r값 이방성에 미치는 집합조직의 영향을 보여주는 도면.

도 5는 본 발명강 A를 연속소둔 후 EBSD를 이용하여 측정한 결정학적 방위도.

도 6은 본 발명강 A를 연속소둔 후 얻어진 광학현미경 사진.

도 7은 본 발명강 A를 연속소둔 후 측정한 방위분포함수의 ψ₂ = 45°에서의 단면도.

본 발명은 평균 소성변형비(r_m)가 1에 가깝고 평면이방성계수(Δr) 가 0.15이하로 낮아서 가공성이 우수한 고강도 냉연강판과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 가공시 소성변형이 등방적으로 일어나고 형상동결성이 우수하여 자동차 외판재로 사용하기에 적합한 고강도 냉연강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차용 강판의 경우, 가공결함 없이 프레스 성형을 실시하고 성형 후 원하는 모양의 부품을 원활하게 제작하기 위하여 가공성이 우수한 냉연강판이 요구된다. 특히 자동차 외부 판넬(outer panel)의 경우 내덴트성(dent resistance) 및 형상동결성이 요구된다. 내덴트성과 관련하여서는, 도장 후 강도가 증가되는 BH(bake hardening)강이 일반적으로 사용되어 왔다(특공2778429,특개평7-197233,특개2003-129136). 형상동결성을 향상시키기 위해서는 판재의 면방향으로 균일하게 변형되야 하며, 프레스성형 시 하중이 적게 걸려야 한다.

자동차의 내부 판넬(inner panel)의 경우 디프드로잉 모드(deep drawing mode)의 변형이 주로 발생하므로 판재의 가공 시 연신율 및 소성변형비가 큰 냉연강판이 유리하나, 자동차의 외부 판넬의 경우 스트레칭 모드(stretching mode)의 변형이 주로 발생하므로 변형이 판재의 면방향으로 균일하고, 이축항복강도가 낮은 냉연강판이 유리하다. 이축항복강도가 낮고 면방향으로의 소성변형이 균일하여 형상동결성이 우수한 냉연강판을 사용하여 자동차 외판을 성형하면 복잡한 형상을 갖는 부품을 원하는 모양으로 제작하는데 유리하다.

연신율은 인장 시 균열 발생 없이 연신되는 강판의 성질을 나타내는 값이므로 연신율이 크면 허용되는 강판의 변형이 크다고 할 수 있으며, 연신율은 강종이 결정되면 크게 변화하지 않는 강의 기계적 성질이다. 소성변형비 r값은 두께방향의 변형률에 대한 폭방향의 변형률의 비로 정의되는 값이다. 소성변형비가 큰 강판은 폭방향의 변형량이 일정하다고 가정하고 일정 변형량만큼 판재를 임의 방향으로 인장하였을 때 두께방향의 변형률이 적으므로 큰 변형까지 재료의 네킹(necking)이 발생하지 않고 가공이 가능하다는 것을 의미한다. 소성변형비는 판재의 이방성 성질에 기인하여 인장방향에 따라 다른 값을 가진다. 인장 방향에 따른 소성변형비의 변화 정도를 나타내는 것으로 평균 소성변형비 r_m와 평면이방성계수 Δr 값이 있으며, 그 값은 다음식으로부터 계산한다.

r_m=(r₀+2r₄₅+r₉₀)/4, Δr=(r₀-2r₄₅+r ₉₀)/2

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

소성변형비가 큰 값을 가지면 이축항복강도가 크게 되어 복잡한 형상을 가진 외부판넬의 가공이 어렵게 된다. 도1은 두개의 서로 다른 집합조직(Texture)이 발달하고 있는 강의 항복곡면(yield locus)에 미치는 소성변형비의 영향을 Taylor다결정모델(polycrystal model)을 이용하여 이론적으로 예측한 결과이다. 소성변형비가 큰 IF(interstitial free)강의 경우 RD(rolling direction)방향으로의 항복강도가 r_m=1의 값을 갖는 등방성강(isotropic steel)과 같아도 이축항복강도가 큰 값을 가짐을 알 수 있다. 따라서 이축항복강도를 낮추려면 r_m값을 1에 가깝도록 낮추는 것이 바람직하다. Δr값이 작기 위해서는 각 방향으로 인장하였을 때 소성변형비의 차이가 작아야 한다. Δr값이 작다는 것은 프레스 성형 시 판재의 면방향으로 변형률의 분포가 균일하다는 것을 의미하므로 스트레칭 모드의 변형에서 균일한 변형을 유도하면서 성형하는데 유리하다. 이처럼 낮은 Δr값과 1에 가까운 r_m값을 가진 강은 스트레칭 모드 변형이 주로 발생하는 자동차 외부 판넬의 가공 시 형상동결성이 향상된다.

자동차용 강판의 성형성을 향상시키는 공지의 기술로는 다음과 같은 것들이 있다.

자동차용 강판의 성형성을 향상시키기 위하여 극저탄소 냉연강판에 Ti나 Nb를 단독 혹은 복합으로 첨가하여 고용 C 및 N을 탄화물 및 질화물의 형태로 석출시켜 연신율 및 소성변형비를 높임으로써 성형성을 향상시키는 기술이 제시되어 있다(특개평9-296226,특개평9-296226). 또한 면내이방성을 감소시켜 프레스 가공시 면불량등의 결함을 감소시켜 성형성을 개선시키는 기술이 제시되어 있다(특개평6-158176, 특개평8-109416, 특개평11-40531, 특개평4-95392, 특개2002-3951). 이 기술은 사상압연 직후 급속냉각설비를 통해 열연조직의 결정립 크기를 미세화시켜 극 저탄소 냉연강판의 면내이방성을 감소시키는 기술이다. Ti, Nb를 첨가한 극저탄소강은 r_m값과 Δr값이 비교적 높아 디프드로잉 모드의 변형에서는 우수한 가공성을 보이나, 스트레칭 모드의 변형에서는 이방성이 심하고 이축항복강도가 높아 형상동결성 측면에서 불리하다는 문제점이 있다.

또한 심가공성을 위해 일반적으로 0.005% 이하의 탄소만을 첨가하므로 고강도를 얻을 수 없다.

한편, 저탄소강에서는 탄화물형성원소인 Ti, Nb, V등을 첨가하여 열연과 소둔 중에 탄화물 및 미소집합조직을 제어 함으로써 등방성의 소성성질을 갖는 고강도 냉연강판의 제조방법이 제시되어 있다(DE3843732,DE3803064,US005139580). 그러나 이 기술들은 장시간을 요하는 상소둔(BAF, batch annealing furnace)설비를 이용하므로 단위 시간당 생산성이 낮다는 문제점이 있다. 특개평 10-130780에서는 Ti또는 Nb를 첨가한 저탄소 강판으로 연속소둔설비를 이용하여 고강도의 등방성강을 제조하는 기술이 제시되어 있는데, 이 기술은 Ti또는 Nb를 첨가한 강판의 재결정 전신도(展伸度)와 Δr 값 간에 강한 상관관계가 있는 것을 이용하여 Δr 값이 낮은 강판을 제조하는 데에 목적이 있다. 즉, 상기 기술의 출원인은 원형 또는 각통의 형상으로 성형되는 자동차 부품의 제조시 귀발생량을 줄이기위해 Δr 값을 0.1이하로 만드는 것이 기술의 목적이며, r_m값이 낮아 1에 접근할 때 우수한 형상동결성을 나타낸다는 사실을 인식하고 있지 않다. 또한 자동차 외판용 강재의 경우 일반적으로 시효지수(AI)가 30MPa 이하일 것이 요구되고 있는 바, 상기 기술의 용도 는 원통 또는 각통으로 성형되는 강판에 적용되는 것이므로 시효지수에 대해서는 관심을 두고 있지 않다. 한편, US6,162,308에는 Ti 및/또는Nb를 첨가한 저탄소 강으로 연속소둔 설비를 이용하여 고강도의 등방성 강판을 제조하는 기술이 제시되어 있으나, 이 기술은 과시효처리가 필요없는 비시효성 강을 저탄소 강판으로 만들기 위한 것이므로 Ti,Nb 이외에 Cu,V,Ni 중 적어도 한 성분이 최대 0.15% 첨가되어야만 한다. 또한 강판의 Δr 값도 0.15~0.28범위에 있어 등방성면에서 바람직하지 않다.

이상과 같이 종래의 기술에는 소량의 Ti만을 첨가한 저탄소 강을 사용하여r_m값이 1에 가까워 형상동결성이 우수하고 Δr값이 0.15이하로 낮아서 스트레칭 모드의 변형이 주로 발생하는 자동차 외판용 강재에 적합하며, 시효지수가 30MPa이하인 고강도의 등방성 강판을 연속소둔 설비로 제조하는 기술은 개발되어 있지 않다. 본 발명은 소량의 Ti만을 첨가한 저탄소 강을 사용하여 형상동결성이 우수한 고강도의 등방성 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, C:0.01~0.05%(중량%, 이하 동일), Ti:0.005~0.06%, Mn:0.1~1%, Si:0.1%이하, P:0.03%이하, S:0.03%이하, 산가용성Al: 0.08%이하, N: 0.01%이하, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되며, Ti과 N, C 간에는 Ti/N > 5, 4C-Ti* > 0.03% [여기서 Ti*=Ti-(48/14)N]의 관계를 갖는, 시효지수(AI)가 30MPa 이하이고 형상동결성이 우수한 등방성 냉연강판을 제공한다.

이때 C의 양이 0.015~0.035%인 것이 바람직하다.

Ti의 양은 0.01~0.04%인 것이 바람직하다.

(48/12)C-Ti* 가 0.06~0.11% 범위를 갖는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은, 상기 조성을 갖는 강을 통상의 방법으로 열간압연을 실시하고 Ar₃이상의 온도에서 사상압연을 마무리하는 단계,사상압연 종료 후 급속냉각하여 권취하는 단계, 산세 후 냉간압연 하는 단계,냉간압연 후 재결정온도 이상~Ac₃점 이하의 온도로 가열하여 재결정 시키는 단계,600~700℃영역까지 1차 냉각시키고, 곧 이어서 100~500 ℃ 영역까지 2차 냉각시키는 단계, 및 과시효(overaging) 처리 한 후, 0.5% 이상의 조질압연을 실시하는 단계로 구성된, 시효지수(AI)가 30MPa 이하이고 형상동결성이 우수한 등방성 냉연강판의 제조방법을 제공한다.

상기 급속냉각은 사상압연 종료후 1초 이내에 냉각속도 50 ℃/sec이상으로 냉각하는 것이 바람직하다.

상기 권취는 650 ℃이하의 온도로 권취하는 것이 바람직하다.

냉간압연의 압연율은 50~80%인 것이 바람직하다.

상기 1차 냉각은 냉각속도 3 ℃/sec이상으로 행해지고, 상기 2차 냉각은 냉각속도 30 ℃/sec 이상으로 행해지는 것이 바람직하다.

상기 과시효 처리는 200~500 ℃로 가열하여 10분 이하의 시간동안 처리하는 것이 바람직하다.

또한,상기 재결정은 승온속도 3 ℃/sec 이상으로 가열하여 760~820 ℃ 온도에서 5분 이하의 시간동안 유지시켜서 행해지는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명자들은 r_m값이 1에 가깝도록 낮은 경우, 이축항복강도가 낮아져서 형상동결성이 우수해진다는 것을 이론적으로 밝혀내고, 소량의 Ti만을 첨가하는 저탄소 강을 사용하여 자동차 외판재에 사용하기에 적합하도록 형상동결성이 우수하고 등방성을 가지며 시효지수가 30MPa이하인 냉연강판을 제조하는 기술에 대해 연구를 거듭하였다. 그 결과 Ti과 N,C 간에 일정한 관계를 갖도록 성분을 조정하고 강판의 제조조건, 특히 열연조건과 소둔조건을 적절히 제어하면, r_m값이 1에 가깝고 Δr값이 0.15이하로 낮으며 시효지수가 30MPa이하인 고강도의 강판을 연속소둔 설비로 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.

우선, 본 발명 강판의 화학성분 및 그 한정이유에 대하여 설명한다.

강 중의 C는 침입형 고용원소 및 시멘타이트 형태로 존재하면서 냉연 및 소둔과정에서 강판의 강도와 집합조직형성에 매우 큰 영향을 미친다. 본 발명에서는 강 중의 C를 0.01~0.05%로 한정한다.C의 양은 0.01% 미만으로 되면, 강도가 저하하고 Δr값이 너무 커지므로 0.01% 이상을 첨가하여야 한다. C는 Fe와 결합하여 시 멘타이트를 형성하므로 강 중에 안정적으로 존재가 가능하다.본 발명에 따르면, 상온시효를 억제하기 위해 적정량의 C이 존재하여 시멘타이트로 석출하는 것이 필요한 것으로 밝혀졌다. C의 양이 너무 많아지면 강도가 크게 증가하고 연성이 감소하여 냉간압연성이 악화되기 때문에 최대함량은 0.05%이하로 한정한다. 보다 바람직하게는, C의 양을 0.015~0.035%로 한정한다. 연속소둔공정에서 가열 시 강 중에 포함된 C가 Ti과 결합하여 TiC를 석출시킴으로서 석출경화효과로 강도상승이 발생하고, Δr값의 감소에 유리한 ND(normal direction)가 <111>방향과 평행한 방위를 가진 결정립(<111>//ND)의 회복 및 재결정의 속도를 늦추는 역할을 하여 결과적으로 <111>//ND 방위를 가진 결정립의 분율이 낮아진다. 극히 일부의 C는 고온에서 Ti₄C₂S₂로 석출되는데 석출물의 크기가 TiC에 비해 상대적으로 조대하여 재결정립 방위의 발달에는 영향을 주지 않는다.

Ti은 C과 함께 본 발명에서 가장 중요한 첨가원소 중의 하나이다.Ti은 C뿐만 아니라 N과도 결합하여 TiN질화물을 형성함으로서 AlN형성을 억제 시키는 효과가 있다. 열연 중에 생성되는 AlN는 열연조직을 연신시켜 판재의 형상이방성을 증가시키는 문제점을 갖고 있다. 이처럼 Ti는 AlN 형성을 억제하고, TiC를 석출시켜서 이방성이 강한 방위를 가진 결정립의 분율을 낮춤으로서 Δr값을 저하시키며, 석출경화에 의한 강도상승의 효과가 있다. 그러나 Ti는 고가의 첨가원소이므로 가능한 한 소량을 사용하는 것이 경제성 면에서 유리하다. 따라서 본 발명에서는 Ti첨가의 효과를 얻되 경제성을 고려하여 Ti의 양을 0.005~0.06%로 한정한다.보다 바람직한 범위는 0.01~0.04% 범위이다. 이때 Ti이 AlN형성을 억제하며 소둔시 TiC을 석출시킬 수 있도록 하기 위해 Ti과 N의 비Ti/N > 5 가 되도록 첨가해야 한다. 또한 상온시효를 억제하기 위해 적정량의 C이 존재하여 시멘타이트로 석출하는 것이 필요하므로 Ti첨가량을 C, N의 함수로 하여 아래 식과 같이 제한한다.

(48/12)C-Ti* > 0.03%, Ti* =Ti-(48/14)N

여기서 Ti*는 유효 Ti의 양으로 열연과정에서 AlN형성을 억제하기 위해 TiN을 형성하는데 필요한Ti의 양을 제외하고 TiC형성에 필요한 Ti의 양을 말한다. 유효 Ti(Ti*)과 C과의 비인 (48/12)C-Ti* 의 보다 바람직한 범위는 0.06~0.11% 이다.

강 중의 Mn은 고용강화 효과에 유효한 원소이며, 특히 강 중 S를 고온에서 MnS로 석출시켜 열간압연 시 S에 의한 판파단 발생 및 고온취화를 억제시킨다. 본 발명과 관련된 실험에 의하면, Mn함량이 0.1% 미만의 경우에는 강도 상승효과를 얻을 수 없고, 강중 S를 Mn으로 완전히 석출 시키지 못하기 때문에 성형성 확보에 문제가 있는 것으로 나타났다.

강 중의 Si는 고용강화 원소로 작용하며, 본 발명에서는 적당한 연신율을 확보하기 위해 0.1%이하로 한정한다.

강 중의 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 성형시 2차가공 취성 발생에 대한 문제점이 증대되기 때문에 그 함량을 제한하여 사용할 필요가 있다. 본 발명에서는 TiC에 의한 석출강화 효과로 필요한 강도를 확보할 수 있으므로 P의 함량을 0.03% 이하로 한다.

S와 N은 강 중 불순물로써 불가피하게 첨가되는 원소들이기 때문에 가능한 한 낮게 관리하는 것이 중요하나, 그 함량들을 적게 관리할수록 강의 정련 비용이 높아진다. 따라서, 조업조건이 가능한 범위 내에서 그 함량을 낮게 관리하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 S함량을0.03% 이하로 한정한다. N함량은 고온에서 TiN를 형성하여 C과 결합할 유효 Ti양을 변화시키므로 N함량이 많은 경우 유효Ti양이 감소하는 문제점을 야기시킨다.따라서 본 발명에서는 그 함량을 0.01%이하로 한정한다.

산가용성 Al은 용강의 탈산원소로서 유효하게 작용하지만, Al을 과잉으로 첨가하는 경우 가공성에 악영향을 미치므로 함유량을 0.08중량이하로 한정한다.

다음에는 본 발명의 제조방법에 대해서 상세하게 언급한다.

본 발명에서 열연강판의 모재는 상기 조성범위의 강을 연속주조 한 것을 잉고트로 만들지 않고 그대로 사용하거나, 일단 잉고트로 만든 후에 재가열하여 사용하여도 관계없다. 단, 잉고트로 만든 후에 재가열하여 사용하고자 할 때는 1200 ℃ 이상으로 가열하여 잉고트로 냉각시에 형성된 Ti₄C₂S₂를 재고용시키는 것이 필요하다.

열연 공정은 통상의 공정에 따라 실시하며, 사상압연(Finishing Mill) 최종 패스 온도가 Ar₃이상의 온도 영역에서 종료할 필요가 있다. 열연 온도가 낮아지면 열연판 표층 및 Edge부위에 와 의 이상영역에서 압연이 되어 결정립의 크기가 조 대화하고, 불균일화하여 프레스 성형 시 재료의 표면결함 발생을 일으킨다. 마무리 압연 후의 ROT(run out table)에서의 냉각은 1초 이내에 50 ℃/sec이상의 속도로 권취온도 까지 급냉하여 열연판의 결정립 크기를 미세화 시켜야 한다. 냉각 개시시간이 1초를 초과하거나 냉각속도가 50℃/sec 아래로 되면 결정립이 조대해지기 때문이다. 급냉은 ROT(run out table) 전단에 설치된 고밀도 냉각설비(high density cooler)를 이용하여 수행하였다. 마무리 압연 후 권취온도는 650 ℃ 이하로 한정하는데, 그 이유는 권취온도가 650 ℃를 넘을 경우 TiC 석출물이 조대해져 소둔시 이방성이 강한 방위를 가진 아결정립의 회복 및 재결정의 속도를 늦추는 역할이 약해져 이방성이 강한 방위를 가진 결정립의 분율이 높아지게 하기 때문이다.

산세 후 냉연공정에서는 압연율 50%이상 80%이하로 냉간압연을 행하는 것이 바람직하다. 압연율이 50%이하인 경우 소둔 시 충분히 재결정 되지 않아 연성이 떨어지고, 80%이상의 냉간압연을 행하면 면내이방성이 증가한다.

본 발명에서 소둔은 도 2에 나타낸 바와 같이 연속소둔을 전제로 하고 있다. 소둔은 재결정 온도 이상, Ac₃점 이하의 온도영역에서 실시한다. 소둔온도가 Ac₃점을 초과하면 α와 γ의 이상영역에서의 소둔이 되어 결정립의 조대화가 일어나고, 강도 및 연성이 함께 열화되는 결과를 초래하기 때문에 소둔온도를 Ac₃점 이하로 한정한다. 소둔온도가 너무 낮게 되면 연성이 떨어지고, 너무 높으면 이방성이 강한 방위를 가진 결정립들의 재결정(Rex, recrystallization) 및 결정립성장(GG, grain growth)이 빨라져 r₉₀값이 커지고 이방성이 증가하게 된다. 보다 바람직한 소둔온도 는 760~820 ℃ 이다.

냉연한 후 재결정 온도까지의 승온은 3 ℃/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다. 승온속도가 3 ℃/sec 아래인 경우 소둔시간이 길어져 소둔온도를 높인 경우와 같은 결과를 초래하여 재결정립이 조대해지기 때문이다. 소둔 온도에서의 유지시간은 5분 이내로 하는 것이 바람직하다. 이는 소둔 시 유지시간이 길어지면 r₉₀값 및 이방성이 큰 결정방위의 성장이 유리하게 되기 때문이다.

소둔 후 C이 Fe기지 내에 고용도가 높은 온도인 600~700 ℃ 까지 1차 냉각하고 곧 이어서 C의 고용도가 낮은 100~500 ℃의 온도범위로 2차 냉각하여 시멘타이트가 결정립계 및 계면에서의 석출을 유도한다. 상기 1차 냉각은 3 ℃/sec 이상의 냉각속도로 하는 것이 바람직하다. 한편 2차 냉각은 30 ℃/sec 이상의 냉각속도로 하는 것이 바람직한데, 이는 30 ℃/sec 미만으로 냉각하는 경우 과포화로 존재하고 있는 C이 시멘타이트로 충분히 석출되지 못하여 연성 및 상온시효가 열화되는 결과를 유발하기 때문이다. 2차 냉각이 종료되면, 200~500 ℃범위의 온도로 재가열하여 석출된 시멘타이트의 성장이 가능하도록 10분 이하의 과시효 처리를 수행한다. 과시효 온도가 200 ℃보다 낮을 경우 시멘타이트가 충분히 성장하지 못므로 C이 일부 고용되어 연성 및 상온시효가 열화되고, 500℃보다 높을 경우 Fe기지의 C고용도가 증가하여 유사한 결과를 야기시키므로 과시효 온도를 200~500 ℃범위로 한정한다.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

표 1 성분의 Ti첨가 저탄소강을 용해하고 연속주조 후 가열온도 1200 ℃에서 재가열을 실시하고, 870~890 ℃의 마무리 압연온도로 2.5mm까지 사상압연하고, 사상압연 후 고밀도 냉각장치를 이용하여1초이내 급속냉각하고, ROT 후단에서 550 ℃까지 냉각한 후 권취하였다. 열간압연 강판의 표면 산화층을 산세로 제거한 후 0.75mm까지 70%의 압하율로 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연한 강판을 연속소둔 Line에서 열처리 수행하였다. 열처리 시 최고 가열온도는 780~800 ℃이었다. 이 온도에서 1분간 가열 후 냉각속도 5 ℃ /sec로 700 ℃ 까지 1차 냉각시키고, 곧 이어서 냉각속도 60 ℃ /sec로 100 C까지 2차 냉각시켰다. 이 후 300~350 ℃ 로 재가열하여 3분 동안 과시효 처리 한 후 1~1.3%의 압하율로 조질압연을 실시하였다. 단 화학조성에 관한 표시는 중량%로 N은 중량ppm이다. 이상과 같이 얻어진 소둔판의 인장시험은 EN 10002-1시험편으로 가공하여 시험하였다.

[표1]

*는 본 발명 범위 외의 조건의 실시예를 표시한 것임.

표 2는 표 1의 성분으로 제조한 냉연강판의 제조조건과 일축시험 결과를 나타낸다. 단 표에 나타낸 기호는 FDT: 마무리압연 종료온도, CR: 마무리압연후 냉각속도, CT:권취온도, ST: 소둔온도, YP: 항복강도, TS: 인장강도, El: 총연신율, r₉₀: 압연방향으로부터 90°방향의 소성변형비, Δr: 평면이방성계수, AI: 시효지수를 각각 의미한다. 여기서 AI는 가열 전의 7.5% prestrain 가한 후 유동응력과 100℃에서 1hr동안 가열한 후 유동응력의 차이 값을 이용하여 계산하였다.

[표2]

*는 본 발명 범위 외의 조건을 표시한 것임.

A~H의 강들은 본 발명의 성분과 제조조건을 만족하는 강들로서 r₉₀가 1.3이하이고, Δr이 0.15이하로서 이축항복강도가 낮고 면내이방성이 낮다는 것을 알 수 있다. 한편,I,J,K,L강은 본 발명의 범위를 벗어나는 강들로서, 첨가된 N량에 비해 Ti첨가량이 낮다. 즉 Ti/N비가 본 발명의 범위인 5보다 낮아 r₉₀가 1.3이상이고, Δr이 0.15이상인 값을 갖는 것으로 판단된다. 특히 비교강 I, J는 사상압연 후 냉 각개시시간이 본 발명의 제조범위(1초)보다 긴 1.3초로 길다. 비교 강으로서 M, N는 Ti/N비가 본 발명의 범위 내에 있음에도 불구하고 r₉₀, Δr, 시효지수 값들이 본 발명의 범위를 만족시키지 못했다. 이는 ,강 M의 경우, 권취온도가 본 발명의 범위보다 높아 열연판 중에 고용C이 TiC를 석출시켜 조대화됨으로써 소둔 중에 석출이 부족하게 되고,이에 따라 r₉₀, Δr가 큰 값을 가진 결정방위({554}<225>)의 발달이 증가함으로써 등방성강이 얻어지지 않는 것으로 판단된다. 강 M, N의 경우 Ti함량이 본 발명의 조건식인 (48/12)C-Ti*>0.06%를 만족시키지 못하기 때문에 시효지수 값이 높은 것으로 판단된다. 강 O는 냉각개시시간이 본 발명의 범위(1초)를 벗어나는 바, 이는 열연판의 조직이 냉각개시시간을 빨리한 경우보다 조대화하여 소둔후 냉각시 시멘타이트의 핵생성자리가 감소하기 때문에 상온시효값이 높은 값을 가지며 Δr이 0.15이상의 값을 갖는 것으로 판단된다.

도 3은 강에 발달하는 주요 집합조직 성분에 대한 방위분포함수의 ψ₂ = 45°단면을 나타낸 것이다. 도 4는 도 3에 나타낸 주요 집합조직성분의 소성변형비 이방성에 미치는 집합조직의 영향을 Taylor다결정 이론을 이용하여 이론적으로 계산한 결과를 나타내었다. 도 4로부터 α-fibre(RD//<110>)와 γ-fibre(ND//<111>)집합조직은 소성변형비에 서로 다른 영향을 미침을 알 수 있다. α-fibre 집합조직은 소성변형비가 전체적으로 낮은 값을 가지며 r₄₅가 가장 큰 값을 가지나, γ-fibre 를 포함한 {554}<225>집합조직은 r₄₅가 가장 낮은 값을 가진 다. 등방성의 강을 갖기 위해서는 이상의 집합조직들을 적절히 조합해야 한다는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명예 A 강의 FE(Field Emission)-SEM에 부착된EBSD(Electron Backscattered Diffraction) 장비를 이용하여 측정한 결정학적 방위도(COM, crystallographic orientation map)을 보여준다. 상단의 역극점도(inverse pole figure) 상의 색을 비교하면, 본 발명의 강의 경우 α-fibre와 γ-fibre 집합조직이 함께 발달하고 있음을 알 수 있다. 도 6은 광학현미경을 이용하여 결정립뿐만아니라 시멘타이트를 함께 분석한 결과를 보여준다. 시멘타이트들이 주로 결정립계에 위치함을 알 수 있다. 도 7은 발명예 A에 발달하는 미소집합조직을 X-ray회절을 이용하여 얻은 극점도 데이터를 측정하고, 그 데이터를 이용하여 강의 방위분포함수(ODF, orientation distribution function)를 계산하여 그 결과를 ψ₂ = 45°에 나타낸 것이다. 도 7로부터 α-fibre와 γ-fibre 집합조직이 함께 발달하고 있음을 알 수 있다.이상으로부터 본 발명의 강들은 α-fibre와 γ-fibre 집합조직이 함께 발달하여 우수한 등방성 성질을 갖는다는 것을 알 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 rm 값이 1에 가깝고 Δr값이 낮아 형상동결성이 우수하므로 스트레칭 모드의 가공이 주로 일어나는 자동차 외판에 적용 시 유리하다. 본 발명에 의한 강을 사용하여 자동차 부품을 성형 시 스트레칭 변형모드에서 우수한 가공성으로 인하여 부품을 용이하게 가공할 수 있다.

Claims

C:0.01~0.05%(중량%, 이하 동일), Ti:0.005~0.06%, Mn:0.1~1%, Si:0.1%이하, P:0.03%이하, S:0.03%이하, 산가용성Al: 0.08%이하, N: 0.01%이하, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되며, Ti과 N, C 간에는 Ti/N > 5, (48/12)C-Ti* > 0.03% [여기서 Ti*=Ti-(48/14)N]의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 시효지수(AI)가 30MPa 이하이고 형상동결성이 우수한 등방성 냉연강판.
제 1항에 있어서, C의 양이 0.015~0.035%인 것을 특징으로 하는 냉연강판.
제 1항에 있어서, Ti의 양이 0.01~0.04% 인 것을 특징으로 하는 냉연강판.
상기항 중의 하나에 있어서, (48/12)C-Ti* 가 0.06~0.11% 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 냉연강판.
제 1항의 조성을 갖는 강을 통상의 방법으로 열간압연을 실시하고 Ar₃이상의 온도에서 사상압연을 마무리하는 단계,

사상압연 종료 후 급속냉각하여 권취하는 단계,

산세 후 냉간압연 하는 단계,

냉간압연 후 재결정온도 이상~Ac₃점 이하의 온도로 가열하여 재결정 시키는 단계,

600~700 ℃영역까지 1차 냉각시키고, 곧 이어서 100~500 ℃ 영역까지 2차 냉각시키는 단계, 및

과시효(overaging) 처리 한 후, 0.5% 이상의 조질압연을 실시하는 단계

로 구성된 것을 특징으로 하는 시효지수(AI)가 30MPa 이하이고 형상동결성이 우수한 등방성 냉연강판의 제조방법.
제 5항에 있어서, 상기 급속냉각이 사상압연 종료후 1초 이내에 냉각속도 50 ℃/sec이상으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 냉연강판의 제조방법.
제 5항 또는 6항에 있어서, 권취온도가 650 ℃이하임을 특징으로 하는 냉연강판의 제조방법.
제 5항 또는 6항에 있어서,냉간압연의 압연율이 50~80%인 것을 특징으로 하는 냉연강판의 제조방법.
제 5항 또는 6항에 있어서,상기 1차 냉각이 냉각속도 3 ℃/sec이상으로 행해지고, 상기 2차 냉각이 냉각속도 30 ℃/sec 이상으로 행해짐을 특징으로 하는 냉 연강판의 제조방법.
제 5항 또는 6항에 있어서, 상기 과시효 처리가 200~500 ℃로 가열하여 10분 이하의 시간동안 처리하는 것을 특징으로 하는 냉연강판의 제조방법.
제 5항 또는 6항에 있어서,상기 재결정은 승온속도 3 ℃/sec 이상으로 가열하여 760~820 ℃ 온도에서 5분 이하의 시간동안 유지시켜서 행해지는 것을 특징으로 하는 냉연강판의 제조방법.