KR101065781B1

KR101065781B1 - 초고강도 열간 압연 강 및 띠강의 제조 방법

Info

Publication number: KR101065781B1
Application number: KR1020057013089A
Authority: KR
Inventors: 미레이으 쐬; 크리스또프 이싸르뗄; 파비엔느 후메구
Original assignee: 아르셀러 프랑스
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2011-09-19
Also published as: RU2005125717A; PL209154B1; RU2333284C2; JP4505055B2; KR20050090458A; ATE528414T1; CA2513096A1; PL378236A1; EP1587963A2; BRPI0406731B1; CN1735700A; CA2513096C; MXPA05007580A; WO2004070064A2; FR2849864A1; ZA200505161B; BRPI0406731A; ES2374188T3; WO2004070064A3; EP1587963B1

Abstract

본 발명은 화학적 조성이(중량%):

0.05% ≤ C ≤ 0.1%

0.7% ≤ Mn ≤ 1.1%

0.5% ≤ Cr ≤ 1.0%

0.05% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.1%

Al ≤ 0.07%

S ≤ 0.03%

P ≤ 0.05%

를 포함하고, 나머지는 철과 그 제조에 따른 불순물인 초고강도 열간 압연 강에 관한 것이다. 또한 본 발명의 강은 5%까지 페라이트를 포함할 수 있는 베이나이트-마텐자이트 구조를 가진다. 본 발명은 또한 상기 강으로 띠강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

초고강도 열간 압연 강 및 띠강의 제조 방법{ULTRAHIGH STRENGTH HOT-ROLLED STEEL AND METHOD OF PRODUCING BANDS}

본 발명은 그 구조가 베이나이트(bainite)-마텐자이트(martensite) 유형이고 5%까지 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있는 초고강도 열간 압연 강 및 이 강으로부터 띠강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

특히 부품의 무게를 줄여 두께를 줄이고 부품의 피로 강도(fatigue strength) 및 충격 거동(impact behavior)을 증가시킴으로써 안전성을 향상시키고자 하는 자동차 산업의 특정 요건을 충족시키기 위하여 최근 몇 년 동안 초고강도 강이 개발되었다. 이러한 향상은 또한 부품 제조에 사용되는 강판의 가공성을 떨어뜨리지 말아야 한다.

이러한 가공성은 강이 (10% 보다 큰) 높은 연신율(elongation)(A)과 낮은 값의 항복 강도(yield strength)(E) 대 인장 강도(tensile strength)(R_m) 비를 가지는 경우를 가정한다.

가공 부품의 충격 거동의 향상은 여러 면으로 실행될 수 있고 특히 한편으로 높은 연신율(A)을, 다른 한편으로 낮은 값의 E/R_m비를 가지는 강을 사용하는 것은 가공 후 강의 강화 성능 덕분에 그것의 항복 강도를 증가시킬 수 있다.

부품의 피로 거동(fatigue behavior)은 그것이 받게 되는 스트레스에 기초하여 수명을 한정하며, 이는 강의 인장 강도(R_m)를 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 그러나, 인장 강도를 증가시키는 것은 강의 가공성을 감소시켜, 특히 두께면에서 생산될 수 있는 부품을 제한한다.

"초고강도 강"이라는 용어는 본 발명에서 그 인장 강도(R_m)가 800 MPa 보다 큰 강을 의미하는 것으로 이해된다.

초고강도 강의 첫 번째 집단은 탄소(0.1% 이상) 및 망간(1.2% 이상)을 고 비율로 포함하고, 그 구조가 완전히 마텐자이트인 강들이다. 경화 열처리로 얻어지는 이것들은 1000MPa 보다 큰 인장 강도를 가지지만, 8%보다 낮은 연신율(A)를 가져 어떤 가공 작업도 불가능하게 한다.

초고강도 강의 두 번째 집단은 이중상(dual-phase) 강으로 불리는 것으로 약 10% 페라이트와 90% 마텐자이트로 구성되는 구조를 가지는 것들이다. 이러한 강은 매우 우수한 가공성을 나타내지만, 인장 강도 값은 800 MPa를 넘지 않는다.

본 발명의 목적은 가공될 수 있고 향상된 피로 거동 및 충격 거동을 나타낼 수 있는 초고강도 열간 압연 강을 제안함으로써 종래 기술에 따른 강의 결점을 해결하는 데 있다.

이러한 목적을 위하여, 본 발명의 첫 번째 대상은 초고강도 열간 압연 강으로서, 그 화학적 조성이(중량%):

0.05% ≤ C ≤ 0.1%

0.7% ≤ Mn ≤ 1.1%

0.5% ≤ Cr ≤ 1.0%

0.05% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.1%

Al ≤ 0.07%

S ≤ 0.03%

P ≤ 0.05%

를 포함하고, 나머지는 철과 용해에 따른 불순물이며, 5%까지 페라이트를 포함할 수 있는 베이나이트-마텐자이트 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 형태에서는, 상기 화학적 조성물은(중량%):

0.08% ≤ C ≤ 0.09%

0.8% ≤ Mn ≤ 1.0%

0.6% ≤ Cr ≤ 0.9%

0.2% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.09%

Al ≤ 0.07%

S ≤ 0.03%

P ≤ 0.05%

를 포함하고, 나머지는 및 철과 용해에 따른 불순물이다.

다른 바람직한 실시 형태에서는, 본 발명에 따른 강의 구조는 70 내지 90% 베이나이트, 10 내지 30% 마텐자이트 및 0 내지 5% 페라이트로 구성되고, 특히 바람직하게는 70 내지 85% 베이나이트, 15 내지 30% 마텐자이트 및 0 내지 5% 페라이트로 구성된다.

본 발명에 따른 강은 또한 다음의 특성들을 단독 또는 조합하여 구비할 수 있다:

- 950 MPa 또는 그 이상의 인장 강도(R_m);

- 10% 또는 그 이상의 파손시의 연신율(A);

- 680 MPa 또는 그 이상의 항복 강도(E); 및

- 0.8 보다 더 작은 E/R_m비.

본 발명의 두 번째 대상은 본 발명에 따른 초고강도 열간 압연 강의 띠강을 제조하는 방법으로서, 그 조성이:

0.05% ≤ C ≤ 0.1%

0.7% ≤ Mn ≤ 1.1%

0.5% ≤ Cr ≤ 1.0%

0.05% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05 ≤ Ti ≤ 0.1%

Al ≤ 0.07%

S ≤ 0.03%

P ≤ 0.05%,

를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물인 슬래브(slab)를 950℃보다 낮은 압연 온도에서 열간 압연하고, 그 후 얻어진 띠강을 800 내지 700℃ 사이에서 50℃/s 보다 큰 냉각 속도를 유지하며 400℃ 또는 그 이하의 온도로 냉각하며, 그 후 상기 띠강을 250℃ 또는 그 이하의 코일링(coiling) 온도에서 감는다.

바람직한 실시 형태에서는, 상기 슬래브의 조성은:

0.08% ≤ C ≤ 0.09%

0.8% ≤ Mn ≤ 1.0%

0.6% ≤ Cr ≤ 0.9%

0.2% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.09%

Al ≤ 0.07%

S ≤ 0.03%

P ≤ 0.05%

이고, 나머지는 및 철과 용해에 따른 불순물이다.

다른 바람직한 실시 형태에서, 열간 압연된 강의 띠강은 코일링 작업 및 풀림 작업 후, 용해된 아연 또는 아연 합금 용탕에 침지됨으로써 아연 또는 아연 합금으로 코팅하고, 어닐링(annealing)된다.

본 발명에 따른 방법은 먼저 균일한 구조를 얻기 위하여 특정 조성의 슬래브를 열간 압연하는 단계를 포함한다. 압연 온도는 950℃ 보다 낮으며, 바람직하게는 900℃ 보다 낮다.

압연 작업 후, 얻어진 띠강은 800 내지 700℃ 사이에서 50℃/s 보다 큰 냉각 속도를 유지하면서 400℃ 또는 그 이하의 온도로 냉각된다. 이러한 빠른 냉각은 5% 보다 적은 페라이트가 형성되도록 실행된다. 페라이트의 존재는 티타늄이 이 상에 선택적으로 침전하기 때문에 바람직하지 않다. 상기 냉각 속도는 바람직하게는 50℃/s 에서 200℃/s 사이이다.

다음으로, 본 방법은 250℃ 또는 그 이하의 코일링 온도에서 띠강을 감는 단계를 포함한다. 이 단계의 온도는 기계적 강도를 감소시키고 항복 강도를 상승시켜 안 좋은 E/R_m비를 제공하는 마텐자이트의 템퍼링(tempering)을 방지할 수 있도록 제한된다.

본 발명에 따른 조성물은 0.05% 내지 0.100% 사이 함량의 탄소를 포함한다. 이 원소는 우수한 기계적 특성을 얻기 위하여 필수적이긴 하지만, 편석(segregation)을 생성할 수 있기 때문에 과도하게 많은 양이 존재하지 않아야 한다. 0.100 이하의 탄소 함량은 특히 우수한 용접성과 가공 및 내구 한계 특성의 향상을 달성할 수 있게 한다.

이 조성물은 또한 0.7% 내지 1.1% 사이 함량의 망간을 포함한다. 망간은 강의 항복 강도를 향상시키는 반면, 그 연성을 상당히 감소시키므로 그 함량이 제한된다. 1.1% 이하의 함량은 또한 연속 주조 중 어떤 편석도 방지한다.

이 조성물은 또한 0.50% 내지 1.0% 사이 함량의 크롬을 포함한다. 0.50%의 최소 함량은 미세 구조에서 베이나이트의 외형에 유리하다. 그러나, 고 함량의 크롬은 알파-상을 유도하는 성능으로 인하여 페라이트가 형성되는 양을 5%보다 크게 증가 시킬 수 있기 때문에 그 함량은 1.0%로 제한된다.

이 조성물은 또한 0.05% 내지 0.3% 사이 함량의 실리콘을 포함한다. 실리콘은 강의 항복 강도를 상당히 향상시키는 반면, 연성을 다소 감소시키고 코팅능력을 떨어뜨리므로 그 함량이 제한된다.

이 조성물은 또한 0.05% 내지 0.1% 사이 함량의 티타늄을 포함한다. 이 원소는 압연 및 냉각 단계 중 침전 효과에 의해 기계적 특성이 상당히 향상되도록 한다. 티타늄은 적절한 함량 때문에 고온 경도(hot hardness)를 증가시키지 않는다. 그 함량은 충격 강도 특성, 고온 경도 및 굽힘성(bendability)의 저하를 방지하기 위하여 0.1%로 제한된다.

이 조성물은 또한 0.05% 보다 적은 함량의 인을 포함하고, 이 함량을 초과하면 연속 주조 중 편석 문제를 발생시킬 수 있다.

이 조성물은 또한 0.07% 보다 적은 함량의 알루미늄을 포함하고, 강 제품에서 용해되는 동안 강을 탈산(脫酸) 처리할 때 주입된다.

비한정적 실시예로서, 본 발명을 더 잘 설명하기 위하여 일 등급의 강이 용해되었다. 그 조성은 아래 표에 주어진다:

	C	Mn	Cr	Si	Ti	S	P	Al
A	0.078	0.95	0.79	0.233	0.094	0.001	0.038	0.048

상기 조성물의 나머지는 철과 용해에 따른 부득이한 불순물로 구성된다.

사용된 약어

R_m : 인장 강도(MPa)

R_p0 _.2 : 항복 강도(MPa)

A : %로 측정된 연신율.

등급 A에서 세 개의 표본을 준비하여, 860℃에서 압연하고 다른 열기계적 경로를 거친다. 800 내지 700℃ 사이의 냉각 속도 및 코일링 온도는 구조적 차이를 얻기 위하여 변화되었다.

다음으로, 얻어진 강의 기계적인 특성이 측정되었다. 결과는 아래 표에 주어진다:

실험	V₈₀₀ _-700(℃)	T_coil(℃)	R_m (MPa)	R_p0 _.2(MPa)	E/R_m	A%
1*	57	200	995	690	0.7	14
2	42	200	780	635	0.8	14
3	20	400	800	705	0.9	-

* : 본 발명을 따름.

본 발명에 따른 실험 1의 미세구조는 베이나이트-마텐자이트 유형이었고, 반면 실험 2 및 3의 미세구조는 페라이트-베이나이트 유형이었다.

상기 표는 50℃/s 보다 낮은 800 내지 700℃ 사이의 냉각 속도가 페라이트가 5% 보다 많은 비율로 존재하게 하는 것을 보여준다. 그러면 티타늄은 상기 페라이트에 침전되고, 이는 원하는 수준의 기계적 특성, 특히 높은 R_m을 더 이상 달성할 수 없다.

또한, 50℃/s 보다 낮은 800 내지 700℃ 사이의 냉각 속도와 함께 250℃ 이상의 코일링 온도는 신장 강도는 증가시킴 없이 항복 강도를 증가시킨다. 그러므로 E/R_m비는 너무 높아진다.

마지막으로, 상기 표는 250℃ 이하의 코일링 온도와 함께 50℃/s 보다 큰 800 내지 700℃ 사이의 냉각 속도는 뛰어난 인장 강도 및 항복 강도 값을 제공한다. 본질적으로 베이나이트-마텐자이트 구조는 생산품에 우수한 E/R_m비와 10% 보다 큰 연신율을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 강은 아연 또는 아연 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합급 중 하나와 같은 용융 금속의 용탕에 침지함으로써 우수한 코팅성을 나타낸다.

Claims

화학적 조성이(중량%):

0.05% ≤ C ≤ 0.1%

0.7% ≤ Mn ≤ 1.1%

0.5% ≤ Cr ≤ 1.0%

0.05% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.1%

0 ＜ Al ≤ 0.07%

0 ＜ S ≤ 0.03%

0 ＜ P ≤ 0.05%

를 포함하고, 나머지는 철과 용해에 따른 불순물이며, 5%까지 페라이트를 포함할 수 있는 베이나이트-마텐자이트 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초고강도 열간 압연 강.
제1항에 있어서,

상기 화학적 조성은:

0.08% ≤ C ≤ 0.09%

0.8% ≤ Mn ≤ 1.0%

0.6% ≤ Cr ≤ 0.9%

0.2% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.09%

0 ＜ Al ≤ 0.07%

0 ＜ S ≤ 0.03%

0 ＜ P ≤ 0.05%

를 포함하고, 나머지는 철과 용해에 따른 불순물이며, 5%까지 페라이트를 포함할 수 있는 베이나이트-마텐자이트 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 강.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 구조는 70 내지 90% 베이나이트, 10 내지 30% 마텐자이트 및 0 내지 5% 페라이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 강.
제1항 또는 제2항에 있어서,

950 MPa 또는 그 이상의 인장 강도(R_m)를 가지는 것을 특징으로 하는 강.
제1항 또는 제2항에 있어서,

10% 또는 그 이상의 파손시 연신율(A)을 가지는 것을 특징으로 하는 강.
제1항 또는 제2항에 있어서,

680 MPa 또는 그 이상의 항복 강도(E)를 가지는 것을 특징으로 하는 강.
제1항 또는 제2항에 있어서,

0.8 보다 작은 항복 강도/인장 강도(E/R_m)의비를 가지는 것을 특징으로 하는 강.
조성이:

0.05% ≤ C ≤ 0.1%

0.7% ≤ Mn ≤ 1.1%

0.5% ≤ Cr ≤ 1.0%

0.05% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.1%

0 ＜ Al ≤ 0.07%

0 ＜ S ≤ 0.03%

0 ＜ P ≤ 0.05%,

를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물인 슬래브(slab)를 950℃보다 낮은 압연 온도에서 열간 압연하는 단계, 얻어진 띠강을 800 내지 700℃ 사이에서 50℃/s 보다 큰 냉각 속도를 유지하면서 400℃ 또는 그보다 낮은 온도로 냉각하는 단계, 상기 띠강을 250℃ 또는 그보다 낮은 코일링(coiling) 온도에서 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 초고강도 열간 압연 강의 띠강을 제조하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 조성은:

0.08% ≤ C ≤ 0.09%

0.8% ≤ Mn ≤ 1.0%

0.6% ≤ Cr ≤ 0.9%

0.2% ≤ Si ≤ 0.3%

0.05% ≤ Ti ≤ 0.09%

0 ＜ Al ≤ 0.07%

0 ＜ S ≤ 0.03%

0 ＜ P ≤ 0.05%

를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물인 슬래브를 열간 압연하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 열간 압연 강의 띠강은 상기 코일링 작업 및 풀림 작업 후, 용해된 아연 또는 아연 합급 용탕에 침지됨으로써 아연 또는 아연 합급으로 코팅되며, 그 후 어닐링(annealing)되는 것을 특징으로 하는 방법.