KR101091021B1 - 페라이트/마텐자이트 구조의 이중상 냉간 압연 띠강의 제조방법 및 이에 의해 제조된 띠강 - Google Patents

페라이트/마텐자이트 구조의 이중상 냉간 압연 띠강의 제조방법 및 이에 의해 제조된 띠강 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페라이트/마텐자이트 구조를 가진 냉간 압연된 이중상 띠강의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 그 화학적 조성이(중량%):
0.010% ≤ C ≤ 0.100%
0.050% ≤ Mn ≤ 1.0%
0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
0.001% ≤ P ≤ 0.20%
0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
N ≤ 0.010%
를 포함하고 나머지는 철과 제조에 따른 불순물인 슬래브를 열간 압연하는 것으로 구성된다. 상기 방법은 또한 다음의 연속적인 단계들로 구성된다: 상기 얻어진 띠강을 550 내지 850℃의 온도에서 열간 코일링하는 단계; 상기 띠강을 60 내지 90%의 감축율로 냉간 압연하는 단계; 상기 띠강을 이상영역(intercritical)에서 연속적으로 어닐링(annealing)하는 단계; 상기 띠강을 600℃ 내지 대기 온도 사이에서 100℃/s 내지 1500℃/s 사이의 냉각 속도로 하나 또는 그 이상의 단계로 대기 온도까지 냉각시키는 단계; 및 선택적으로 상기 띠강을 300℃ 이하 온도에서 뜨임처리(tempering)하는 단계;를 포함한다. 상기 언급한 어닐링 및 냉각 공정은 띠강 이 최종적으로 1 내지 15%의 마텐자이트를 포함하도록 실행된다.
본 발명은 또한 이러한 방법에 의해 제조된 띠강에 관한 것이다.

Description

페라이트/마텐자이트 구조의 이중상 냉간 압연 띠강의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 띠강{METHOD OF PRODUCING A COLD-ROLLED BAND OF DUAL-PHASE STEEL WITH A FERRITIC/MARTENSITIC STRUCTURE AND BAND THUS OBTAINED}
본 발명은 냉간 압연된 페라이트/마텐자이트 이중상 띠강(strip)의 제조 방법 및 이 방법으로 얻어질 수 있는 띠강, 특히 더 구체적으로는 딥 드로잉(deep drawing)으로 자동차 부품을 제조하기 위한 띠강에 관한 것이다.
특히 부품의 무게를 줄임으로써 두께를 줄이고 부품의 피로 강도(fatigue strength ) 및 충격 거동(impact behavior)을 증가시킴으로써 안전성을 향상시키고자 하는 자동차 산업의 특정 요건을 충족시키기 위하여 최근 초고강도 강철이 개발되어왔다. 이러한 향상은 또한 부품 제조에 사용되는 강판의 가공성을 떨어뜨리지 말아야 한다.
그러므로, 페라이트/마텐자이트 구조로 400MPa 이상의 인장 강도(tensile strength)(Rm)를 달성할 수 있는 이중상 강철들이 개발되었다. 하지만, 이는 평균 이방성 계수(mean anisotropy coefficient)(r)가 1에 가깝기 때문에 우수한 신선성(drawability)을 가지지 않는다. 또한, 이 강철들은 용융 아연에 의한 띠강 표면의 우수한 습윤(wetting)에 불리한 많은 양의 실리콘 및 다른 원소들을 포함하기 때문에 아연도금성능(galvanizability)이 좋지 않다.
높은 평균 이방성 계수(r)를 가지지만 400MPa을 초과하지 않는 인장 강도(Rm)와 함께 단지 중간 정도의 기계적 특성을 가지는 단상 구조의 강철이 또한 알려져 있다.
예를 들어, 저-침입형 원소(low-interstitial) 강철 및 알루미늄으로 탈산된(aluminium-killed) 리파크(reparkerized) 강철을 언급할 수 있다. 이러한 유형의 강철을 위한 종래의 경화 메커니즘을 향상시키려는 노력이 있었으나 그 기계적 특성을 상당히 향상시키는 것은 실패하였다. 또한, 이 강철은 아연도금될 수 있어야 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 따른 강철의 결점을 해결하여, 딥 드로잉 할 수 있고 동시에 우수한 기계적 특성 및 우수한 이방성 특성을 가지는 띠강을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명의 첫 번째 대상은 냉간 압연된 페라이트/마텐자이트 이중상 띠강을 제조하는 방법으로서, 그 화학적 조성이(중량%):
0.010% ≤ C ≤ 0.100%
0.050% ≤ Mn ≤ 1.0%
0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
0.001% ≤ P ≤ 0.20%
0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
N ≤ 0.010%
를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물인 슬래브(slab)를 열간 압연하고,
그 후, 상기 방법은 다음의 단계들:
- 상기 열간 압연된 띠강을 550 내지 850℃의 온도에서 코일링(coiling)하는 단계;
- 상기 띠강을 60 내지 90%의 감축율로 냉간 압연하는 단계;
- 상기 띠강을 이상영역(intercritical)에서 연속적으로 어닐링(annealing)하는 단계;
- 상기 띠강을 600℃ 내지 대기 온도 사이에서 100℃/s 내지 1500℃/s의 냉각 속도로 하나 또는 그 이상의 단계로 대기 온도까지 냉각시키는 단계; 및
- 선택적으로 상기 띠강을 300℃ 이하 온도에서 뜨임처리(tempering)하는 단계;를 포함하며,
상기 어닐링 및 냉각 공정은 상기 띠강이 최종적으로 1 내지 15%의 마텐자이트를 포함하도록 실행되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 형태에서는, 상기 슬래브의 화학적 조성은(중량%):
0.020% ≤ C ≤ 0.060%
0.300% ≤ Mn ≤ 0.500%
0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
0.010% ≤ P ≤ 0.100%
0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
N ≤ 0.010%
를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물이다.
본 발명에 따른 방법은 또한 다음의 특성들을 단독으로 또는 조합하여 구비할 수 있다:
- 상기 띠강은 850℃ 이상의 온도에서 열간 압연된다;
- 상기 띠강은 550 내지 750℃의 온도에서 열간 코일링된다;
- 상기 띠강은 70 내지 80% 사이의 감축율로 냉간 압연된다;
- 상기 냉간 압연된 띠강의 연속 어닐링는 온도 상승 단계와 이어지는 소정 온도에서의 침지 단계를 포함한다;
- 상기 침지 온도는 Ac1 내지 900℃이다;
- 상기 침지 온도는 750 내지 850℃이다;
- 대기온도까지의 냉각은 우선, 냉각 속도가 50℃/s 보다 낮은 동안 침지 온도와 600℃ 사이의 느린 냉각 단계와 대기 온도까지 100℃/s 내지 1500℃/s 사이의 더 빠른 속도의 두 번째 냉각 단계를 포함한다.
본 발명의 두 번째 대상은 냉간 압연 페라이트/마텐자이트 이중상 띠강으로서, 그 화학적 조성이(중량%):
0.010% ≤ C ≤ 0.100%
0.050% ≤ Mn ≤ 1.0%
0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
0.001% ≤ P ≤ 0.20%
0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
N ≤ 0.010%
를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물이며, 1% 내지 15%의 마텐자이트를 포함한다.
바람직한 실시 형태에서, 띠강의 조성은:
0.020% ≤ C ≤ 0.060%
0.300% ≤ Mn ≤ 0.500%
0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
0.010% ≤ P ≤ 0.100%
0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
N ≤ 0.010%
를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물이다.
본 발명에 따른 강은 또한 다음의 특성들을 단독으로 또는 조합하여 구비할 수 있다:
- 상기 강은 450MPa 이상의 인장 강도(Rm)를 가진다;
- 상기 강은 500MPa 이상의 인장 강도(Rm)를 가진다;
- 상기 강은 600MPa 이상의 인장 강도(Rm)를 가진다;
- 상기 강은 1.1 이상의 평균 이방성 계수(r)을 가진다;
- 상기 강은 1.3 이상의 평균 이방성 계수(r)을 가진다;
- 상기 강은 또한 1% 내지 10% 사이의 마텐자이트를 포함한다; 및
- 상기 강은 또한 5% 내지 8% 사이의 마텐자이트를 포함한다.
마지막으로, 본 발명의 세 번째 대상은 딥 드로잉(deep drawing)으로 자동차 부품 생산을 위한 본 발명에 따른 띠강이다.
본 발명에 따른 방법은 특정 조성의 슬래브를 열간 압연하고, 그런 다음 열간 압연된 띠강을 550 내지 850℃의 온도에서 코일링하는 단계를 포함한다.
이러한 고온 코일링 공정은 소위 조직(texture), 즉 이방성 구조의 발달에 유리하다. 이는 이러한 코일링 공정이, Fe3C 시멘타이트 침전물이 유착하고 재결정 조직의 발달에 해로운 어닐링 중 용체에 다시 유입되는 탄소의 양을 줄일 수 있도록 하기 때문이다.
그 후 본 방법은 60 내지 90%의 감축율로 상기 띠강을 냉간 압연하고 이상영역(intercritical)에서 상기 띠강을 연속적으로 어닐링하는 단계를 포함한다.
이상영역의 어닐링은 재결정화 후 코일링 공정 중 형성된 탄화물 상(相)이 재용해되도록 한다. 탄화물 상(相)의 오스테나이트화(austenization) 및 용해는 재결정화 후에 발생한다는 사실은 재결정화 중 갇힌 탄소를 보유하고 재결정화된 페라이트 조직이 생성되면 이를 놓아줄 수 있게 한다. 따라서 저온 코일링의 경우처럼, 조직은 고체 용체에서 탄소에 의한 영향을 받지 않을 것이지만, 형성된 마텐자이트의 등방성(isotropic) 특징에 의해서만 손상을 입는다.
그런 다음 본 방법은 상기 띠강을 600℃ 내지 대기 온도 사이에서 100℃/s 내지 1500℃/s의 냉각속도로 하나 또는 그 이상의 단계를로 대기온도까지 냉각시키는 단계, 및 선택적으로 300℃ 이하의 온도에서 상기 띠강을 뜨임처리(tempering) 하는 단계를 포함한다.
이러한 빠른 냉각 단계는 마텐자이트가 강의 구조를 형성하게 하여 매우 좋은 기계적 특성을 달성할 수 있도록 한다. 그러나, 마텐자이트는 등방성이어서 평균 이방성 계수(r)를 감소시키기 때문에, 너무 많은 마텐자이트가 형성되지 않도록 하기 위하여 측정이 이루어져야 한다.
물 담금질(water quenching)는 상당한 양의 탄화물 상이 문제의 조성에 형성되게 한다. 침지 온도를 이상영역에서 더 낮은 수준으로 낮추거나 또는 침지 전에 냉각 공정을 느리게 실행함으로써 형성되는 마텐자이트 상의 양을 줄일 수 있다.
또한, 상기 띠강을 더 천천히 냉각시키거나 물 침지 후에 형성된 마텐자이트 상에 약 1분 정도의 짧은 뜨임처리 공정을 실행함으로써, 페라이트 구조와 마텐자이트 상 사이의 경도차를 줄이는 것도 가능하다.
이러한 뜨임처리 공정은, 종래 기술에서 발견되는 것처럼 과시효 처리(overaging treatment)는 결코 아니다. 이는 일반적으로 300 내지 500℃ 사이에서 실행되는 이러한 과시효 처리들이 특히 본 발명의 필수 요소인 마텐자이트를 억제하는 효과를 가지기 때문이다. 본 발명에 따라 선택적으로 실행되는 뜨임처리는 마텐자이트의 비율을 감소시키지 않고 마텐자이트에 갇힌 고체 용체 내의 탄소 일부를 침전시키는 것으로 구성된다. 이 뜨임처리 공정의 최대 온도는 300℃, 바람직하게는 250℃ 및 더 특히 바람직하게는 200℃이다.
본 발명에 따른 조성물은 0.010% 내지 0.100% 함량의 탄소(C)를 포함한다. 이 원소는 우수한 기계적 특성을 얻기 위하여 필수적이긴 하지만, 과도한 비율의 마텐자이트 상을 형성할 수 있기 때문에 과도하게 많은 양이 존재하지 않아야 한다.
이는 또한 0.050% 내지 1.0% 함량의 망간(Mn)을 포함한다. 망간은 강의 항복 강도(yield strength)를 향상시키는 반면, 그 연성을 상당히 감소시킨다. 이것이 그 함량이 제한되는 이유이다.
이 조성물은 또한 0.010% 내지 1.0% 함량의 크롬(Cr)을 포함하며, 이는 원하는 마텐자이트 형성을 돕는다.
이 조성물은 또한 0.010% 내지 0.50% 함량의 실리콘(Si)을 포함한다. 이는 강의 항복 강도를 상당히 향상시키는 반면, 그 연성을 다소 감소시키고 그 코팅성능을 떨어뜨린다.
이 조성물은 또한 0.001% 내지 0.20% 함량의 인(P)을 포함하며, 이는 그 조직에는 영향을 미치지 않으면서 미세구조를 강화시킨다.
이 조성물을 또한 0.010% 내지 0.10% 함량의 알루미늄(Al)을 포함하며, 이는 질소 트래핑(trapping)에 의해 시효를 방지한다.
도 1은 등급 A 및 B의 평균 이방성 계수(r) 및 %m으로 표시된 마텐자이트 함량의 관계를 도시한 그래프; 및
도 2는 720 ℃에서 코일화 되고, 750 ℃에서 어닐링된 등급 A의 미세구조도이다.
비한정적인 실시예를 통하여 본 발명을 더 잘 설명하기 위하여, 두 등급의 강이 제조되었다. 그 조성은 %의 천배로 아래 표에 주어져 있다.
C Mn Cr Si P Al N
A 60 600 70 70 20 56 5
B 43 373 76 13 22 56 5.7
상기 조성물의 나머지는 철과 용해에 따른 부득이한 불순물로 구성된다.
사용된 약어
Re : 항복 강도(MPa);
Rm : 인장 강도(MPa);
r : 이방성 계수;
P : 플래토우(plateau);
%m : 마텐자이트 비율.
제조된 후, 두 등급은 알루미늄 질화물을 용해하기 위하여 한 시간 동안 1250℃에서 오스테나이트화 되었다. 그 후, 슬래브들은 압연 종단(end-of-rolling) 온도가 900 ℃ 이상, 양 등급의 AR3가 약 870℃가 되도록 열간 압연되었다.
그 후, 상기 열간 압연된 띠강은, 코일링 온도에 도달할 때까지 약 25℃/s의 냉각 속도로 물에 담금질함으로써 냉각된다. 등급 A는 720℃에서 코일화 되었고, 반면 등급 B의 한 표본은 550℃ 그리고 다른 표본은 720℃에서 코일화 되었다.
그 후, 여러 표본들은 75%의 감축율을 달성하기 위하여 냉간 압연되었고, 일부 표본의 경우 750℃ 침지 온도에서 그리고 다른 표본들의 경우 800℃ 침지 온도에서 어닐링 되었다. 그 후 물에 담금질함으로써 약 25℃/s의 속도로 대기온도까지 냉각되었다.
다음으로, 이렇게 얻어진 강의 기계적 특성 및 이방성 특징들이 측정되었다. 결과는 아래 표에 주어져 있다.
등급 T코일(℃) T침지(℃) 방향 Re(MPa) Rm(MPa) P(%) r 평균 r %m



A


720
800		 T 420 711 0 1.10
0.98
14
L 405 713 0 1.11
45° 425 720 0 0.85

750		 T 443 713 0 1.26
1.02
12
L 438 717 0 1.13
45° 451 736 0 0.84





B

720
800		 T 432 656 0 1.46
1.27
8
L 430 697 0 1.60
45° 436 668 0 1.01

750
 T 454 662 0 2.04
1.37
7
L 457 690 0 1.41
45° 461 677 0 1.01


550
800
 T 455 677 0 1.47
1.21
6
L 446 667 0 1.44
45° 472 687 0 0.97

750
 T 475 680 0.3 1.46
1.09
5
L 463 668 0.4 1.25
45° 482 697 0.3 0.83
강의 전체 이방성은 평균 정상 이방성 계수(r):
Figure 112005042779817-pct00001
로 결정되고, 여기서 rT는 띠강의 압연 방향에 대한 횡방향에서 측정된 이방 성 계수값(r)을 나타내고, rL은 띠강의 압연 방향에 대한 종방향에서 측정된 이방성 계수값(r)을 나타내며, r45 °는 띠강의 압연 방향에 대해 45°방향에서 측정된 이방성 계수값(r)을 나타낸다.
720℃ 코일링 온도에서, 도 1은 등급 A 및 B의 평균 계수(r)와 %m으로 표시된 마텐자이트 함량의 관계를 도시한다.
마텐자이트 함량이 높을수록, 강의 이방성이 커지는 것을 볼 수 있다.
또한, 마텐자이트 함량이 높을수록, 기계적 특성도 높아지는 것을 볼 수 있다.
도시된 바와 같이, 도 2는 최종적으로 12% 마텐자이트를 얻기 위하여, 720℃에서 코일링된 후 750℃에서 어닐링된 등급 A로 얻어진 미세구조를 도시한다. 형성된 페라이트와 마텐자이트가 이 도면에서 명백히 구분된다.

Claims (22)

  1. 화학적 조성이(중량%):
    0.010% ≤ C ≤ 0.100%
    0.050% ≤ Mn ≤ 1.0%
    0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
    0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
    0.001% ≤ P ≤ 0.20%
    0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
    N ≤ 0.010%
    를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물인 슬래브(slab)가 열간 압연되고,
    - 상기 열간 압연된 띠강을 550 내지 850℃의 온도에서 코일링(coiling)하는 단계;
    - 상기 띠강을 60 내지 90%의 감축율로 냉간 압연하는 단계;
    - 상기 띠강을 이상영역(intercritical)에서 연속적으로 어닐링하는 단계;
    - 상기 띠강을 600℃ 내지 대기 온도 사이에서 100℃/s 내지 1500℃/s의 냉각 속도로 하나 또는 그 이상의 단계로 대기 온도까지 냉각시키는 단계; 및
    - 선택적으로 상기 띠강을 300℃ 이하 온도에서 뜨임처리(tempering)하는 단계;를 포함하며,
    상기 어닐링 및 냉각 공정은 띠강이 최종적으로 1 내지 15%의 마텐자이트를 포함하도록 실행되는 것을 특징으로 하는 냉간 압연된 페라이트/마텐자이트 이중상 띠강을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬래브의 화학적 조성은:
    0.020% ≤ C ≤ 0.060%
    0.300% ≤ Mn ≤ 0.500%
    0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
    0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
    0.010% ≤ P ≤ 0.100%
    0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
    N ≤ 0.010%
    를 포함하고, 나머지는 철과 용해에 따른 불순물인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 띠강은 850℃ 이상의 온도에서 열간 압연되는 것을 특징으로 하는 방 법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 띠강은 550 내지 750℃의 온도에서 열간 코일링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 띠강은 70 내지 80%의 감축율로 냉간 압연되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉간 압연된 띠강의 연속적인 어닐링은, 온도 상승 단계와 이어지는 소정의 온도에서의 침지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 침지 온도는 Ac1 내지 900℃ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 침지 온도는 750 내지 850 ℃ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 대기 온도까지의 냉각은, 침지 온도로부터 600℃까지 50℃/s보다 낮은 냉각 속도로 냉각하는 첫 번째 냉각 단계, 및 600℃로부터 대기 온도까지 100℃/s 내지 1500℃/s의 냉각 속도로 냉각하는 두 번째 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 두 번째 냉각 단계는 물에 담금질(water quenching)하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각은 100℃/s 내지 1500℃/s 사이의 냉각 속도로 단일 공정에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각은 물에 담금질하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 화학적 조성이(중량%):
    0.010% ≤ C ≤ 0.100%
    0.050% ≤ Mn ≤ 1.0%
    0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
    0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
    0.001% ≤ P ≤ 0.20%
    0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
    N ≤ 0.010%
    를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물이며, 1% 내지 15%의 마텐자이트를 포함하는 냉간 압연된 페라이트/마텐자이트 이중상 띠강으로서,
    1.1 이상의 평균 이방성 계수(r)를 가지는 것을 특징으로 하는 띠강.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 화학적 조성은:
    0.020% ≤ C ≤ 0.060%
    0.300% ≤ Mn ≤ 0.500%
    0.010% ≤ Cr ≤ 1.0%
    0.010% ≤ Si ≤ 0.50%
    0.010% ≤ P ≤ 0.100%
    0.010% ≤ Al ≤ 0.10%
    N ≤ 0.010%
    를 포함하고 나머지는 철과 용해에 따른 불순물인 것을 특징으로 하는 띠강.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    450MPa 이상의 인장 강도(Rm)를 가지는 것을 특징으로 하는 띠강.
  16. 제15항에 있어서,
    500MPa 이상의 인장 강도(Rm)를 가지는 것을 특징으로 하는 띠강.
  17. 제16항에 있어서,
    600 MPa 이상의 인장 강도(Rm)를 가지는 것을 특징으로 하는 띠강.
  18. 삭제
  19. 제13항에 있어서,
    1.3 이상의 평균 이방성 계수(r)을 가지는 것을 특징으로 하는 띠강.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    1% 내지 10%의 마텐자이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 띠강.
  21. 제20항에 있어서,
    5% 내지 8%의 마텐자이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 띠강.
  22. 딥 드로잉(deep drawing)에 의해 제13항 또는 제14항에 따른 띠강으로부터 제조된 자동차 부품.
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