KR100699338B1

KR100699338B1 - 고강도 열연강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100699338B1
Application number: KR1020057015175A
Authority: KR
Inventors: 노부스케 카리야; 슈사쿠 타카기; 테츠오 시미즈; 테츠야 메가; 케이 사카타; 히로시 타카하시
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2007-03-26
Also published as: JP4649868B2; KR20050103935A; EP1616970A1; JP2004339606A; US7527700B2; WO2004094681A1; EP1616970B1; EP1616970A4; US20060096678A1

Abstract

본 발명은, 질량비(mass%)로, C:0.04-0.15%, Si:1.5% 이하, Mn:0.5-1.6%, P:0.04% 이하, S:0.005% 이하, Al:0.04% 이하, Ti:0.03-0.15%, Mo:0.03-0.5%, 나머지는 철 및 불가피적 불순물로 된 화학조성을 포함하고, 석출물이 존재하는 페라이트와, 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 된 제2상과, 그들 이외의 그외 상으로 된 조직을 포함하며, 한편 석출물이 존재하는 페라이트의 비율이 40-95%, 그외 상의 비율이 5% 이하인 고강도 열연강판을 제공한다. 본 발명의 고강도 열연강판은, 예를 들면 판 두께 1.4mm인 경우, 780MPa 이상의 인장강도, 22% 이상의 연신, 60% 이상의 혈광률을 가지고, 자동차의 캐빈의 보강부재나 내충돌부재에 적합하다.

자동차, 캐빈, 혈광률, 연신, 플랜지, 석출물

Description

고강도 열연강판 및 그 제조방법 {HIGH STRENGTH HOT ROLLED STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 자동차의 캐빈(cabin)의 보강부재 등에 사용되는 780MPa 이상의 인장강도를 가지는 고강도 열연강판, 특히, 연신 및 연신 플랜지(flange)성(性)이 우수한 고강도 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래, 자동차의 캐빈의 보강부재로서, 성형성의 관점에서 열연강판이 사용되는 경우는 없었다. 그러나, 최근, 저비용으로 성형성이 높은 강판에 대한 요구가 증가함에 따라, 이러한 부재로서 저가의 열연강판의 사용이 검토되고 있다. 특히, 냉연강판에 비해 표면 성상(性狀)이 뒤떨어지는 열연강판은, 외부에서 눈에 띄지 않는 이러한 부재에 적합하다. 또한, 프런트 사이드 멤버(front side member) 등의 내충돌(耐衝突)부재로서, 440-590MPa의 인장강도를 가지는 고강도 열연강판을 사용하는 경우가 증가하고 있지만, 더 고강도화가 요구되고 있다.

열연강판을 이러한 부재에 적용하는 경우, 그 특성으로서는, 780MPa 이상의 고인장강도와, 우수한 연신 및 연신 플랜지성이 필요하다. 특히, 연신 플랜지성에 대해서는, 그 지표인 혈광률(穴廣率)(hole expansion ratio)을 60% 이상으로 할 필요가 있다.

연신의 향상을 도모할 목적으로, 특개평7-62485호공보에서는, 모상(母相)의 페라이트(ferrite) 중에서 경질(硬質)인 잔류 오스테나이트(austenite)의 제2상을 분산시킨 복합조직강판이 개시되어 있다. 그러나, 이 강판에서는, 모상의 페라이트와 제2상의 잔류 오스테나이트와의 경도 차이가 크기 때문에, 우수한 연신 플랜지성은 얻지 못한다.

그래서, 특개평9-263885호공보에서는, 모상의 페라이트를 석출강화하고, 제2상의 마르텐사이트(martensite)와의 경도차이를 작게하여, 연신과 연신 플랜지성을 향상시킨 복합조직강판이 제안되어 있다. 그러나, 이 강판은, 인장강도가 780MPa 미만이어서, 자동차의 캐빈의 보강부재나 내충돌부재로는 부적합하다.

인장강도가 780MPa을 넘는 복합조직강판으로서, 특개평5-179396호공보에서는, 모상의 페라이트를 석출강화하고, 제2상의 마르텐사이트 또는 잔류 오스테나이트의 체적율(體積率)을 작게하여 연신 플랜지성의 향상을 도모한 강판이 제안되어 있다. 이 강판에서는, C당량(當量)이 저감(低減)되어 있어서, 스팟(spot) 용접성이나 피로특성도 개선되어 있지만, 혈광률은 기껏해야 46%이어서, 자동차의 캐빈의 보강부재나 복잡한 형상의 내충돌부재용으로서 연신 플랜지성이 충분하다고 말하기 어렵다.

본 발명은, 780MPa 이상의 인장강도와, 우수한 연신, 및 혈광률 60% 이상의 우수한 연신 플랜지성을 가지는 고강도 열연강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적은, 질량비(mass%)로, C:0.04-0.15%, Si:1.5% 이하, Mn:0.5-1.6%, P:0.04% 이하, S:0.005% 이하, Al:0.04% 이하, Ti:0.03-0.15%, Mo:0.03-0.5%, 나머지는 철 및 불가피적(不可避的) 불순물로 된 화학조성을 가지고, 석출물이 존재하는 페라이트와, 베이나이트(bainite) 및/또는 마르텐사이트로 된 제2상과, 그들 이외의 그외 상(相)으로 된 조직을 가지며, 또한 석출물이 존재하는 페라이트의 비율이 40-95%, 그외 상의 비율이 5% 이하인 고강도 열연강판에 의해 달성할 수 있다.

또한, 이 고강도 열연강판은, 상기 성분조성의 강슬래브(slab)를 1150-1300℃로 가열하는 공정과, 가열 후의 강슬래브를 Ar3변태점(變態點) 이상의 마무리온도로 열간압연하여 강판으로 하는 공정과, 열간압연 후의 강판을 700-850℃의 온도영역에서 평균 냉각속도 20℃/s 이상으로 1차 냉각하는 공정과, 1차 냉각 후의 강판을 680℃ 이상의 온도영역에서 1초 이상 유지하는 공정과, 유지 후의 강판을 550℃ 이하의 온도영역에서 평균 냉각속도 30℃/s 이상으로 2차 냉각하여 권취(卷取)하는 공정을 갖는 고강도 열연강판의 제조방법에 의해 제조할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 형태

본 발명자들은, 자동차의 캐빈의 보강부재나 내충돌부재에 적용가능한 고강도 열연강판에 대해서 검토하여, 다음의 사실을 알았다.

a)석출물이 존재하는 페라이트와 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 된 제2상과, 그들 이외의 석출물이 존재하지 않는 페라이트, 펄라이트(pearlite), 잔류 오스테나이트 등의 그외 상으로 된 조직으로 하고, 또한 석출물이 존재하는 페라이트의 비율을 40-95%, 그외 상의 비율을 5% 이하로 하면, 780MPa 이상의 인장강도, 우수한 연신, 및 혈광률이 60% 이상인 우수한 연신 플랜지성이 얻어진다.

b)페라이트에 존재하는 석출물이 Ti과 Mo를 함유하고, 그 평균입경(粒徑)이 20nm 이하, 평균간격이 60nm 이하이면, 페라이트를 더욱 고강도화할 수 있고, 페라이트와 제2상과의 경도차이를 더욱 작게 할 수 있어서, 더욱 우수한 연신 플랜지성이 얻어진다.

본 발명은 상기 사실에 기초하여 실행한 것으로서, 이하에서 그 상세한 설명을 한다.

1)화학조성

C: C는, 780MPa 이상의 인장강도를 얻기 위해서 0.04% 이상 필요하지만, 0.15%를 넘으면 제2상이 증가하여 연신 플랜지성이 떨어지게 된다. 따라서, C는 0.04-0.15%, 바람직하게는 0.04-0.1%, 보다 바람직하게는 0.05-0.08%로 한다.

Si: Si는, 연신 및 연신 플랜지성을 향상시키기 위해 필요하다. 그러나, Si가 1.5%를 넘으면 표면 성상이 현저하게 떨어짐과 동시에, 내식성도 저하한다. 또한, 열간압연시의 변형저항이 증가하고, 1.8mm 미만의 판 두께의 강판제조가 곤란해진다. 따라서, Si는 1.5% 이하, 바람직하게는 1.2% 이하, 더욱 바람직하게는 0.3-0.7%로 한다.

Mn: Mn은, 780MPa 이상의 인장강도를 얻기 위해 0.5% 이상 필요하지만, 1.6%를 넘으면 용접성이 현저하게 떨어진다. 따라서, Mn은 0.5-1.6%, 바람직하게는 0.8-1.4%로 한다.

P: P는, 0.04%를 넘으면, 구(舊) 오스테나이트(prior-austenite)(γ) 입계(粒界)로 편석(偏析)하여, 저온인성(低溫靭性)이 현저하게 떨어짐과 동시에, 강판의 이방성(異方性) 커져 그 가공성이 현저하게 떨어진다. 따라서, P는 0.04% 이하, 바람직하게는 0.025% 이하, 더욱 바람직하게는 0.015% 이하로 한다.

S: S는, 0.005%를 넘으면 구γ 입계로 편석하거나, MnS로 석출하여, 저온인성이 현저하게 떨어지기 때문에, 한냉지방의 자동차용 강판으로는 부적합하다. 따라서, S는 0.005% 이하, 바람직하게는 0.003% 이하로 한다.

Al: Al은, 강의 탈산제(脫酸劑, deoxidizer)로 첨가되고, 강의 청정도(淸淨度)를 향상하는 데에 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 얻는 데에는, Al을 0.001% 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 0.04%를 넘으면 개재물을 다량으로 생성하여, 표면 흠집의 원인이 된다. 따라서, Al은 0.04% 이하로 한다.

Ti: Ti는, 페라이트 중에 석출하여, 페라이트를 강화함으로써, 780MPa 이상의 인장강도를 달성하기 위해 중요한 원소이다. 또한, 페라이트를 강화하는 데에, 페라이트와 경잘인 제2상과의 경도차이를 작게 할 수 있고, 연신 플랜지성을 향상시킨다. 이를 위해서는, Ti를 0.03% 이상 함유시킬 필요가 있지만, 0.15%를 넘으면 그 효과는 포화하고, 비용증가를 초래한다. 따라서, Ti은 0.03-0.15%, 바람직하게는 0.05-0.12%로 한다.

Mo: Mo는, 탄화물(炭化物)로 석출하여, 페라이트를 강화하기 위해 대단히 효과적인 원소이다. Mo가 함유되지 않으면, 780MPa 이상의 인장강도를 달성하는 것이 곤란하다. 또한, 페라이트를 강화함으로써, 페라이트와 경질인 제2상과의 경도차이를 작게 할 수 있고, 연신 플랜지성을 향상시킨다. 이를 위해서는, Mo를 0.03% 이상 함유시킬 필요가 있지만, 0.5%를 넘으면 그 효과는 포화하고, 비용증가를 초래 한다. 따라서, Mo는 0.03-0.5%로 한다.

2)조직

상술한 바와 같이, 자동차의 캐빈의 보강부재나 내충돌부재에서 요구하는 연신이나 연신 플랜지성을 얻는 데는, 강판의 조직을, 석출물이 존재하는 페라이트와 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 된 제2상과, 그들 이외의 석출물이 존재하지 않는 페라이트, 펄라이트, 잔류 오스테나이트 등의 그외 상으로 된 복합조직으로 하고, 또한 석출물이 존재하는 페라이트의 비율을 40-95%, 그외 상의 비율을 5% 이하로 할 필요가 있다.

석출물이 존재하는 페라이트의 비율이, 40% 미만에서는 경질인 제2상이 과다하게 되고, 95%를 넘으면 경질인 제2상이 과소하게 되어, 어느 경우도 연신의 저하를 초래한다.

여기에서, 석출물이 존재하는 페라이트는, 투과전자현미경(TEM) 등으로 관찰할 수 있는 석출강화 성능을 갖는 미세한 석출물이 입자 내에 존재하는 페라이트인 것이다. 또한, 석출물이 존재하는 페라이트의 비율은, 다음과 같이 구했다.

이를 테면, 우선, 강판의 판 두께방향 1/4의 위치에서 TEM용 시료를 3개 채취하고, 100만배 배율로 TEM관찰하여, 석출물이 관찰되는 페라이트의 전(全)페라이트에 대한 면적율을 구했다. 다음으로, 강판단면을 연마 후, 3% 나이탈(nital)로 에칭(etching)하고, 판 두께 방향 1/4의 위치를 광학현미경에 의해 400배로 관찰하여, 페라이트의 면적율을 화상처리에 의해 구했다. 그래서, TEM관찰로 구한 석출물이 관찰되는 페라이트의 전(全)페라이트에 대한 면적율과 광학현미경관찰로 구한 페라이트의 면적율과의 면적을 석출물이 존재하는 페라이트의 비율로 한다.

석출물이 존재하는 페라이트를 제외한 나머지, 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 된 제2상 및 석출물이 존재하지 않는 페라이트, 펄라이트, 잔류 오스테나이트 등의 그 외의 상이지만, 그 외의 상의 비율은 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하로 할 필요가 있다.

페라이트에서는 Ti와 Mo를 함유한 석출물을 존재시키고, 이 석출물의 평균입경을 20nm 이하, 바람직하게는 10nm 이하, 평균간격을 60nm 이하, 바람직하게는 40nm 이하로 하면, 나노(nano)경도시험기에서 측정한 페라이트의 경도가 3-8GPa, 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 된 제2상의 경도가 6-13GPa로 되고, 페라이트와 제2상과의 경도차이를 더욱 작게 할 수 있어, 더욱 우수한 연신과 연신 플랜지성이 얻어진다.

페라이트 중에 존재하는 석출물은, TEM에 장비된 에너지분산형 X선 분광장치에 의해 그 조성을 분류하고, 화상처리에 의해 석출물을 원으로 간주하여 직경을 구해, 그 평균입경을 구했다. 또한, 석출물의 평균간격은, TEM관찰에 의해 300nm 사방(四方)영역에 존재하는 석출물의 개수를 헤아리고, 시료의 막 두께를 측정하여 석출물의 개수를 헤아린 영역의 체적을 계산하여, 석출물이 균일하게 분산하여 있는 것으로 가정하여 계산했다.

또한, 본 발명의 방법으로 본 발명의 강판을 제조하면, 베이나이트의 비율은 60% 이하, 마르텐사이트의 비율은 35% 이하로 된다.

여기서, 마르텐사이트의 비율은, 강판단면을 연마 후, 4% 피크르산 알콜 (picric acid alcohol)과 2% 피로황산염 나트륨(sodium pyrosulfate)을 1대1로 혼합한 액으로 에칭하고, 판 두께 방향 1/4의 위치를 광학현미경에 의해 관찰하여, 화상처리에 의해 백색으로 에칭된 마르텐사이트의 면적율을 측정하여 구했다. 베이나이트의 비율은, 주사형(走査型) 전자현미경으로 1000배로 관찰하여 화상처리하여 구했다. 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 이외의 상의 종류는, 상기 주사형 전자현미경에 의해 판별했다. 또한, 그외 상의 비율은, 석출물이 존재하는 페라이트와 마르텐사이트와 베이나이트 이외의 비율로 했다.

페라이트와 제2상의 경도는, 히시트론(Hysitron)사 제품의 나노경도시험기(TRIBOSCOPE)를 사용하고, 압흔(壓痕) 깊이가 50±20nm로 되도록 하중을 조정하여, 판 두께 방향 1/4의 위치에서 각각 10점 측정하며, 그들을 평균으로 구했다. 이 때의 압흔의 1변의 길이는 약 350nm였다. 이러한 나노경도시험기에 의해, 종래 정확한 측정이 불가능했던 복합조직강의 제2상의 경도를 정확하게 측정할 수 있다.

3)제조방법

3.1 슬래브 가열온도(SRT)

상기의 성분으로 된 슬래브는 연속주조법 또는 조괴(造塊)+분괴(分塊)법으로 제조된다. 이 슬래브 중에는, 열간압연 후에 페라이트를 석출강화하기 위한 석출물(주로 Ti계 탄화물)이 이미 조대(粗大)하게 석출하고 있다. 이 조대한 석출물은 강화성능이 대부분 없기 때문에, 열간압연 전의 슬래브 가열시에 일단 용해시키고, 열간압연 후에 미세하게 재석출시킬 필요가 있다. 이를 위해서는, 슬래브를 1150℃ 이상으로 가열할 필요가 있다. 한편, 1300℃를 넘어서 가열하면 조직이 조대화하기 때문에 연신이나 연신 플랜지성이 떨어진다. 따라서, SRT는 1150-1300℃, 바람직하게는 1200-1300℃이다.

3.2 열간압연 마무리온도

슬래브를 열간압연할 때, 페라이트 + 오스테나이트의 2상 영역에서 압연을 종료하면, 페라이트 중에 잔류변형(residual strain)이 있어, 연신의 열화(劣化)를 초래한다. 따라서, 최종압연온도 즉 마무리온도는, 오스테나이트 단상역으로 되는 Ar3변태점 이상으로 할 필요가 있다.

또한, Ar3변태점은 강판의 성분의 영향을 받아, 예를 들면 하기의 식(1)로 표시된다.

Ar3=910-203×[c]^1/2+44.7×[Si]-30×[Mn]+31.5×[Mo] … (1)

여기서, [M]은 원소 M의 함유량(mass%)를 나타낸다.

3.3 압연후의 냉각조건

열간압연된 강판은, 석출물이 존재하는 페라이트의 비율을 40% 이상으로 하기 위해, 평균 냉각속도 20℃/s 이상, 바람직하게는 50℃/s 이상으로 700-800℃의 온도영역에서 1차 냉각하고, 이어서 680℃ 이상의 온도영역에서 1초 이상, 바람직하게는 3초 이상 유지할 필요가 있다. 평균 냉각속도가 20℃/s 미만이나 유지온도가 680℃ 미만이면, 페라이트 변태의 구동력(驅動力)이 작고, 또한 유지시간이 1초 이하이면 페라이트 변태시간이 부족하여, 40% 이상의 석출물이 존재하는 페라이트를 얻지 못한다.

또한, 680℃ 이상의 온도영역에서 1초 이상 유지하는 데에는, 평균 냉각속도20℃/s 이상으로 700-850℃의 온도영역에서 1차 냉각 후, 예를 들면 공냉(空冷)하면 좋다.

더욱이, 페라이트 중에 Ti와 Mo를 함유한 석출물을 존재시키고, 이 석출물의 평균입경을 20nm 이하, 평균간격을 60nm 이하로 하는 데에는, 700-850℃로, 또한 (SRT/3+300)℃ 이상 (SRT/8+700℃) 이하를 만족하는 온도영역에서 1차 냉각하는 것이 바람직하다. 이것은, SRT에 의해 슬래브 중에 존재하는 Ti계 탄화물의 용해량이 다르기 때문에, 냉각중에 석출하는 석출물의 입경이나 간격이 SRT의 영향을 크게 받기 때문이라고 생각된다.

680℃ 이상의 온도영역에서 1초 이상 유지한 후에는, 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 된 제2상을 형성시키고, 그외 상의 비율을 5% 이하로 하기 때문에, 평균 냉각속도 30℃/s 이상, 바람직하게는 50℃/s 이상으로, 550℃ 이하, 바람직하게는 450℃ 이하, 더욱 바람직하게는 350℃ 이하의 온도영역에서 2차 냉각 후, 권취할 필요가 있다.

실시예

표 1의 화학조성을 가지는 강A-U를 전로(轉爐)로 용제(溶製) 후, 연속주조로 슬래브로 하고, 표 2-1, 2-2의 조건으로 열간압연을 행하여, 판 두께 1.4mm의 강판 1-34를 제조했다. 또한, 표 1의 Ar3의 점은 상술한 식(1)으로 구한 값이다. 그래서, 상술한 방법으로, 조직이나 석출물의 해석, 경도측정을 했다. 또한, 강판의 압연방향과 직교하는 방향으로 JIS5호 시험편을 채취하여, JIS Z 2241에 따라서 인장 시험을 하여, 인장강도(TS), 연신(E1)을 구했다. 또한, 연신 플랜지성을 평가하기 위해서, 일본철강연맹규격 JFST 1001에 따라서 혈광 시험을 행하여, 혈광률(λ)을 측정했다.

본 발명의 목표값은, TS≥780MPa, E1≥22%, λ≥60%이다.

결과를 표 3-1, 3-2에 나타낸다.

발명예인 강판 1, 5, 9, 11-13, 18-19, 21-23, 25-26, 28-34에서는, 어느 것도 TS≥780MPa, E1≥22%, λ≥60%이고, 고강도이며, 연신이나 연신 플랜지성이 우수한 것을 알 수 있다.

Claims

질량비(mass%)로, C:0.04-0.15%, Si:1.5% 이하, Mn:0.5-1.6%, P:0.04% 이하, S:0.005% 이하, Al:0.04% 이하, Ti:0.03-0.15%, Mo:0.03-0.5%, 나머지는 철 및 불가피적 불순물로 된 화학조성을 가지며, 석출물이 존재하는 페라이트와, 베이나이트와 마르텐사이트 중 적어도 하나를 포함하는 제2상과, 상기 이외의 그외 상으로 된 조직을 가지고, 또한 상기 석출물이 존재하는 페라이트의 비율이 40-95%, 상기 그외 상의 비율이 5% 이하이며,

페라이트로 존재하는 석출물이 Ti와 Mo를 포함하고, 상기 석출물의 평균입경이 20nm 이하, 평균간격이 60nm 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판.
삭제
질량비(mass%)로, C:0.04-0.15%, Si:1.5% 이하, Mn:0.5-1.6%, P:0.04% 이하, S:0.005% 이하, Al:0.04% 이하, Ti:0.03-0.15%, Mo:0.03-0.5%, 나머지는 철 및 불가피적 불순물로 된 화학조성을 갖는 강슬래브를, 1150-1300℃의 온도영역에서 가열하는 공정과,

상기 가열 후의 강슬래브를, Ar3변태점 이상의 마무리온도로 열간압연하여 강판으로 하는 공정과,

상기 열간압연 후의 강판을, 700-850℃의 온도영역에서 평균 냉각속도 20℃/s 이상으로 1차 냉각하는 공정과,

상기 냉각 후의 강판을, 680℃ 이상의 온도영역에서 1초 이상 유지하는 공정과,

상기 유지 후의 강판을, 550℃ 이하의 온도영역에서 평균 냉각속도 30℃/s 이상으로 2차 냉각하여, 권취하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 열연강판의 제조방법.
제 3항에 있어서,

열간압연 후의 강판을, 700-850℃로, 또한 (SRT/3+300)℃ 이상 (SRT/8+700)℃ 이하를 만족하는 온도영역에서 1차 냉각하는 것을 특징으로 하는 고강도열연강판의 제조방법. (여기서, SRT는 강슬래브의 가열온도를 나타낸다.)