KR101412343B1

KR101412343B1 - 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101412343B1
Application number: KR1020127012458A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 다나하시; 신야 사이또오; 마사시 후꾸다; 히로유끼 오까다; 구니오 하야시; 도시마사 도모끼요; 노부히로 후지따
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2014-06-25
Also published as: BR112012011694A2; US20140360631A1; BR112012011694B1; EP2503014A4; EP2503014A1; US8852360B2; ES2715962T3; EP2503014B1; KR20120068983A; PL2503014T3; JPWO2011062151A1; CN102612569B; CN102612569A; JP4837802B2; US9523134B2; US20120279620A1; WO2011062151A1

Abstract

이 고강도 열연 강판은, 질량％로, C: 0.05 내지 0.12％, Si: 0.8 내지 1.2％, Mn: 1.6 내지 2.2％, Al: 0.30 내지 0.6％, P: 0.05％ 이하, S: 0.005％ 이하 및 N: 0.01％ 이하를 함유하고, 잔량부로서 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지거나, 또는 상기 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 5 면적％ 미만의 베이나이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지고, 산세 후의 강판 표면으로부터 두께 500nm까지의 범위에 있어서 글로우 방전 발광 분광 분석으로 검출되는 Al의 최대 농도가 0.75질량％ 이하이다.

Description

산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판 및 그의 제조 방법{HIGH STRENGTH HOT-ROLLED STEEL PLATE EXHIBITING EXCELLENT ACID PICKLING PROPERTY, CHEMICAL CONVERSION PROCESSABILITY, FATIGUE PROPERTY, STRETCH FLANGEABILITY, AND RESISTANCE TO SURFACE DETERIORATION DURING MOLDING, AND HAVING ISOTROPIC STRENGTH AND DUCTILITY, AND METHOD FOR PRODUCING SAID HIGH STRENGTH HOT-ROLLED STEEL PLATE}

본 발명은 자동차 등의 수송 기기의 부품에 적합하게 사용되고, 특히 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도의 열연 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은 2009년 11월 18일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-263268호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그의 내용을 여기에 원용한다.

최근의 사회적 요청에 의해, 자동차 등의 수송 기기에는 질량의 저감이 강하게 요구되고 있다. 자동차 등의 수송 기기에는 강판이 많이 사용되고 있고, 경량화의 요청에 부응하기 위해, 외판(보디)이나 골격 부재에 대하여 고강도재의 사용이 진행되고 있다. 아암이나 휠 디스크 등의 서스펜션 부품에는 열연 강판이 사용되고 있지만, 이들 서스펜션 부품에 대해서는, 강성의 저하에 따른 승차감에 대한 영향이 우려되기 때문에, 고강도화에 따른 박육화는 적극적으로는 검토되지 않았다.

그러나, 경량화에 대한 요청이 한층 강해지고 있어 서스펜션 부품이더라도 예외는 아니게 되었다. 예를 들어, 종래에는, 사용되는 열연 강판의 인장 강도의 상한은 590MPa급이었지만, 780MPa급의 강판의 사용도 검토되기 시작하고 있다. 이러한 상황 하에서, 강판에는 강도에 걸맞는 성형성은 물론이거니와, 피로 특성 및 내식성이 요구된다.

이들 특성 중 내식성에 관하여, 종래에는, 강성을 확보하기 위해 충분한 판 두께를 갖는 강판이 사용되고 있었다. 이로 인해, 부식에 의해 판 두께가 감소하더라도 부품의 특성에 대한 영향은 작아, 강판의 내식성에 대하여 그다지 문제시되지 않았다. 그러나, 상술한 바와 같이 부품의 박육화가 지향되고 있고, 부식에 의한 판 두께의 감소를 허용하기 위한 부식 여유가 축소되어 왔다. 여기서, 부식 여유란, 사용 중의 부식에 의한 금속의 감모분을 고려하여 설계시에 증가시켜 두는 두께이다. 또한, 제조 비용을 삭감할 목적으로 화성 처리나 도장의 간략화도 상정된다. 따라서, 강재 표면의 성상에도 종래에 비해 더욱 주의를 기울일 필요가 있다.

열연 강판을 서스펜션 부품 등에 적용할 때에는, 열연 강판은 산세, 도유(塗油) 후에 출하된다. 그리고, 열연 강판은 부품으로 가공된 후, 화성 처리와 도장의 공정을 거치는 경우가 많다. 이 처리 공정에서 요구되는 열연 강판의 특성 중 특히 화성 처리성은, 강판의 표면 성상의 영향을 가장 받기 쉽고, 내식성에 미치는 영향도 크다.

또한, 서스펜션 부품 등의 강도 부재에는 반복 응력이 부하되기 때문에, 열연 강판에는 피로 특성이 요구된다.

나아가, 전단된 단부가 가공되는 경우가 많기 때문에, 열연 강판에는 신장 플랜지성, 즉 구멍 확장성도 요구되는 경우가 많아지게 되었다.

이들 외에, 가공 시의 재료(열연 강판)의 특성의 등방성도 보다 중요시되게 되었다. 프레스 성형성 등의 이방성이 작으면, 성형용 블랭크 채취의 자유도가 높아지므로, 수율의 향상을 기대할 수 있다.

강판으로부터 성형용의 블랭크를 채취한 나머지는 부스러기가 되기 때문에, 그 부스러기의 발생을 가능한 한 적게 하도록 블랭크의 할당이 요구된다. 그러나, 강판의 성형성에 이방성이 있는 경우, 성형 조건이 엄격한 부품의 방향(예를 들어, 보다 크게 신장되는 방향)을 성형성(예를 들어, 신율)이 떨어지는 방향으로 할당하면, 성형시의 결함의 발생 비율을 높이게 된다. 이로 인해, 블랭크의 할당 방향이 제약된다. 그 결과, 제약이 없는 경우에 비해 수율(부스러기 발생량의 적음)이 저하된다. 강판의 재질이 등방성인 것이 선호되는 이유는 이러한 사정을 반영하고 있다.

성형 시의 표면 거칠음의 발생 억제도, 요구되는 특성의 하나로, 그의 대책도 요구되고 있다.

표면 거칠음이란, 프레스 성형 후의 부품의 일부에 보이는 불량의 하나로서, 극히 미세한 요철이 원인인 것으로 잘 알려져 있다. 표면 거칠음을 해결하기 위해서는, 소재의 표층의 결정립의 압연 방향의 길이를 극단적으로 크게 하지 않는 것이 유효한 수단의 하나라고 알려져 있다.

열연 강판의 산세성도 중시되게 되었다. 열연 강판의 산세 표면(산세 후의 표면 성상)에는, 종래, 냉연 강판과 같은 매끄러움은 요구되지 않았다. 그러나, 소비자 요구의 변화 등도 있어, 가능한 한 매끄러운 것이 선호되는 경향이 강해지고 있다.

산세 표면의 매끄러움은, 산세에 사용하는 염산 수용액의 염산 농도와 온도를 낮게 함으로써 향상된다. 그러나, 이들 조건에서는 모두 생산성이 저하되기 때문에, 지금까지 보다도 산세성이 우수한 열연 강판이 요망되기에 이르렀다.

강판의 피로 특성이나 신장 플랜지성을 향상시키는 기술은 수많이 제안되고 있고, 본 발명자들도 강판의 화학 성분이나 마이크로 조직을 최적화하는 연구를 진행해 왔다.

한편, 강판의 화성 처리성은 강판의 Si 함유량에 의존하며, Si 함유량이 많을수록 화성 처리성이 열위가 됨은 널리 알려져 있다.

그러나, Si를 페라이트상으로 고용시킴으로써 강판의 고강도화를 도모하는 경우, 연성의 열화가 그다지 커지지 않는다는 특징이 얻어진다. 이로 인해, Si는 고강도 강판의 제조에는 가능한 한 활용하고 싶은 원소이다. 또한, 특히 페라이트상과 마르텐사이트상과 같은 경질상을 복합시켜 높은 연성과 고강도를 겸비한 강판을 제조하는 경우에 있어서, Si는 소정의 페라이트상의 분율을 확보하기 위해서도 유효한 원소이다.

이러한 상반된 요구에 부응하는 방법의 하나로서, Si의 일부를 Al로 치환하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1).

특허문헌 1에는, 1％ 미만의 Si와, 0.005 내지 1.0％의 Al을 함유하는 고장력 열연 강판과 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 제조 방법은 조(粗) 바아(조(粗) 압연재)를 가열하는 공정을 갖고 있고, 조 압연재를 가열하는 것을 전제로 하는 제조 방법은 특수하여, 한정된 사업자밖에는 실시할 수 없다는 문제점이 있다.

일반적으로 열연 강판의 제조 공정에서 사용되는 설비는 가열로, 조 압연기, 디스케일링 장치, 마무리 압연기, 냉각 장치 및 권취기로 구성된다. 각 설비는 최적 위치에 배치되어 있기 때문에, 조 압연재를 가열하는 것의 유익성을 향수하고 싶어도 새롭게 설비를 설치할 스페이스가 없거나, 또는 매우 대규모의 설비 개조가 필요하게 된다. 이로 인해, 조 압연재를 가열하는 것은 범용화되기에는 이르지 못했다. 또한, 특허문헌 1의 기술에 의해 얻어지는 강판이 어떠한 화성 처리성을 갖고 있는 지에 대하여 기재되어 있지 않다.

한편, 특허문헌 2에는, Si와 Al을 함유함과 함께 화성 처리성이 우수한 열연 강판과 그의 제조 방법이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 2에서는 Al의 함유량의 상한값은 0.1％로 규정되어 있고, 그것을 상회하는 경우에는, 이유는 분명하지는 않지만 내식성이 저하된다고 기재되어 있다.

이와 같이, Si와 함께 적어도 0.3％ 이상의 Al을 함유하면서 우수한 화성 처리성을 갖는 열연 강판이나 그의 제조 방법은 발견되지 않는다.

일본 특허 공개 제2006-316301호 공보 일본 특허 공개 제2005-139486호 공보

M. Nomura, I. Hashimoto, M. Kamura, S. Kozuma, Y. 0miya: Research and Development, Kobe Steel Engineering Reports, Vol.57, No.2(2007), 74-77

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판 및 그의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은 피로 특성이 우수한 강판으로서 페라이트상과 마르텐사이트상을 복합시킨 DP 강판을 선택하여, 화학 성분과 제조 조건을 광범위하게 변화시켜 기계적 성질과 화성 처리성의 평가를 행하였다. 그 결과, Si 함유량과 Al 함유량을 적절한 범위로 제어하여 조합하면, 기계적 성질뿐만 아니라 산세성, 화성 처리성 및 표면 거칠음 내성도 우수한 강판이 얻어짐을 발견하여 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 일 형태에 따른 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판은, 질량％로, C: 0.05 내지 0.12％, Si: 0.8 내지 1.2％, Mn: 1.6 내지 2.2％, Al: 0.30 내지 0.6％, P: 0.05％ 이하, S: 0.005％ 이하 및 N: 0.01％ 이하를 함유하고, 잔량부로서 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지거나, 또는 상기 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 5 면적％ 미만의 베이나이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지고, 산세 후의 강판 표면으로부터 두께 500nm까지의 범위에 있어서, 글로우 방전 발광 분광 분석으로 검출되는 Al의 최대 농도가 0.75질량％ 이하이다.

본 발명의 일 형태에 따른 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판에서는, 질량％로, Cu: 0.002 내지 2.0％, Ni: 0.002 내지 1.0％, Ti: 0.001 내지 0.5％, Nb: 0.001 내지 0.5％, Mo: 0.002 내지 1.0％, V: 0.002 내지 0.2％, Cr: 0.002 내지 1.0％, Zr: 0.002 내지 0.2％, Ca: 0.0005 내지 0.0050％, REM: 0.0005 내지 0.0200％ 및 B: 0.0002 내지 0.0030％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

강판 표면으로부터 두께 20μm까지의 범위에 있어서, 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이가 20μm 이하여도 좋다.

본 발명의 일 형태에 따른 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판의 제조 방법은, 강편을 T1 이하의 가열 온도로 가열하고, 압하율이 80％ 이상이고 또한 최종 온도가 T2 이하인 조건으로 상기 강편에 대하여 조 압연을 행하여 조 압연재로 하는 공정과, 상기 조 압연재에 대하여 디스케일링을 행하고, 계속해서 마무리 온도를 700 내지 950℃의 범위 내로 하는 조건으로 마무리 압연을 행하여 압연판으로 하는 공정과, 상기 압연판을 5 내지 90℃/s의 평균 냉각 속도로 550 내지 750℃까지 냉각하고, 이어서 15℃/s 이하의 평균 냉각 속도로 450 내지 700℃까지 냉각하고, 추가로 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 250℃ 이하까지 냉각하여 열연 강판으로 하는 공정과, 상기 열연 강판을 권취하는 공정을 갖는다.

단, T1=1215+35×[Si]-70×[Al]

T2=1070+35×[Si]-70×[Al]

여기서, [Si] 및 [Al]은 각각 강편 중의 Si 농도(질량％) 및 강편 중의 Al 농도(질량％)를 나타낸다.

본 발명의 일 형태에 따른 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판의 제조 방법에서는, 상기 강편에 대하여 조 압연을 행하는 공정에 있어서, 상기 강편의 가열 온도를 1200℃ 미만으로 하고, 상기 조 압연의 최종 온도를 960℃ 이하로 하고, 상기 조 압연재에 대하여 마무리 압연하는 공정에 있어서, 상기 마무리 온도를 700 내지 900℃로 해도 좋다.

본 발명의 일 형태에 따른 열연 강판에서는 Si와 Al이 적절한 상기 함유량으로 함유되고, 또한 상기 조건으로 제조되고 있기 때문에, 기계적 성질과 함께 화성 처리성에 있어서 우수한 특성이 얻어진다. 특히 산세 후의 표면으로부터 두께 500nm까지의 범위에 있어서, Al의 최대 농도가 0.75질량％ 이하이기 때문에, Al을 함유하고 있는 산화물의 표면에서 차지하는 비율이 낮다. 이로 인해, 강판 표면은 화성 처리액의 습윤성이 우수하여, 우수한 화성 처리성이 얻어진다. 또한, 디스케일링성 및 산세성도 우수하기 때문에, 보다 우수한 화성 처리성이 얻어진다. 따라서, 밀착성이 우수한 도금층이나 도막을 강판 표면에 형성할 수 있어, 우수한 내식성을 실현할 수 있다. 이로 인해, 열연 강판에 도금이나 도장을 실시하여 수송 기기의 부품에 적용하는 경우, 부식 여유의 저감이 가능해져, 사용 판두께를 감소시킬 수 있기 때문에, 수송 기기의 질량의 저감에 기여할 수 있다.

적절한 상기 함유량의 Si를 함유하고 있기 때문에 우수한 구멍 확장성이 얻어진다. 이로 인해, 가공 공정에서의 제약이 적어, 열연 강판의 적용 가능 범위가 넓다.

금속 조직은 페라이트상과 마르텐사이트상을 갖고, 각 상의 면적률이 적절한 상기 값으로 조정되어 있기 때문에, 780MPa 이상의 인장 강도, 23％ 이상의 신율 및 0.45 이상의 피로 한도비가 얻어진다. 이와 같이 기계적 특성 및 피로 특성이 우수하기 때문에, 서스펜션 부품 등의 반복 응력이 부하되는 부재로의 적용도 가능하다.

또한, 열연 강판의 기계적 성질(강도 및 신율)의 이방성이 작고 등방성이기 때문에, 가공 시의 블랭크 채취를 수율 좋게 행할 수 있다.

이와 같이 성형성이 우수하기 때문에, 고강도 강판이더라도 다양한 형상의 부품으로의 가공이 가능하다.

우수한 산세성이 얻어지기 때문에, 소비자의 요구에 대응한 매끄러운 표면 성상을 실현할 수 있다. 또한, 표면 성상이 우수하기 때문에, 화성 처리나 도장의 간략화가 가능하여, 열연 강판을 부품으로 가공할 때의 제조 비용을 삭감할 수 있다.

또한, 표층의 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이가 20μm 이하이기 때문에, 표층의 결정립이 압연 방향으로 장대화되는 것이 억제된다. 이로 인해, 성형 시의 표면 거칠음의 발생이 억제된다.

본 발명의 일 형태에 따른 열연 강판의 제조 방법에서는 전술한 우수한 특성을 갖는 열연 강판을 제조할 수 있다. 특히, 강편의 가열 온도, 조 압연의 종료 온도 및 압연율을 적절히 상기 값으로 조정함으로써, 조 압연 후의 디스케일링 공정에 있어서 스케일을 효율적으로 충분히 제거할 수 있다. 이로 인해, 우수한 산세성을 갖는 열연 강판을 제조할 수 있다.

또한, 강편의 가열 온도를 1200℃ 미만으로 하고, 조 압연의 종료 온도를 960℃ 이하로 함으로써, 마무리 압연 전의 오스테나이트 입경이 미립화되어, 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수한 열연 강판을 제조할 수 있다.

마무리 압연의 종료 온도를 900℃ 이하로 함으로써, 강도와 연성이 등방성인 열연 강판을 제조할 수 있다.

도 1은 열연 산세 후의 강판 표면의 산화물 분포를 나타내는 모식도이다.

본 발명을 완성함에 있어서, 본 발명자들은 기초가 되는 강판으로서 피로 특성이 우수한 DP 강판을 선택하여, 화학 성분과 제조 조건을 광범위하게 변화시키는 실험을 행하여, 기계적 성질과 화성 처리성의 평가를 행하였다.

그 결과, Si 함유량과 Al 함유량을 적절한 범위로 제어하고, 또한 제조 조건을 적절히 조정함으로써, 기계적 성질뿐만 아니라 화성 처리성도 우수한 강판이 얻어짐을 발견하였다.

우선, 그러한 연구의 결과가 얻어진 식견에 대하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 성분 원소의 함유량이나 농도의 단위는 질량％이며, 특별히 설명이 없는 한 단순히 ％로 표시한다.

C: 약 0.09％, Si: 0.85 내지 1.15％, Mn: 약 2％, Al: 0.25 내지 0.46％, P: 약 0.02％, S: 약 0.002％ 및 N: 약 0.002％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 강을 용제하여, 강편을 제조하였다.

얻어진 강편을 1130 내지 1250℃로 가열하고, 조 압연을 행하고, 디스케일링을 행하였다. 계속해서, 마무리 온도를 860℃로 하여 마무리 압연을 행하였다. 계속해서, 72℃/s의 평균 냉각 속도로 630℃까지 1차 냉각하고, 8℃/s의 평균 냉각 속도로 593℃까지 2차 냉각하고, 추가로 71℃/s의 평균 냉각 속도로 65℃까지 3차 냉각하고 권취하여 열연 강판을 제조하였다.

이와 같이 하여 얻어진 강판을 산세한 후, 그의 기계적 성질을 조사한 결과, 거의 모든 강판에 있어서 강도가 780MPa 이상, 신율이 23％ 이상, 피로 한도비가0.45 이상으로, 우수한 특성이 얻어졌다.

한편, 화성 처리성의 지표인 인산염 피막량이 1.5g/m² 이상으로, 우수한 화성 처리성을 나타낸 강판도 있는가 하면, 인산염 피막량이 1.5g/m² 미만인 강판도 있었다. 우수한 화성 처리성을 나타낸 강판의 Al의 함유량은 0.3％ 이상의 범위였다.

비특허문헌 1에는, 화성 처리성이 우수한 고강도 냉연 강판에 관한 기술이 있고, 우수한 화성 처리성이 얻어지는 Si 함유량과 Mn 함유량의 범위가 개시됨과 함께 그의 기구에 대한 해명이 도모되어 있다.

본 발명자들이 얻은 상기 강판의 Si, Mn의 함유량을 비특허문헌 1에 적용하면, 모든 강판의 화성 처리성이 열위가 되는 범위에 있음을 알 수 있었다. 비특허문헌 1의 기재 사항과 본 발명자들의 연구 결과의 차이는 양자의 Al 농도가 크게 다른 점에 기인하는 것으로 추측하였다.

따라서, 얻어진 강판의 표면의 Si, Mn 및 Al의 농도를, 가속 전압을 15kV로 하여 EPMA에 의해 정량 분석하였다. 그 결과, Si 및 Mn의 농도는 3.5％ 이하였지만, Al 농도는 강판에 함유되는 Al량과 일치하였다. 이로 인해, 표면의 Al 농도와 화성 처리성의 우열 사이에 어떠한 관계를 발견할 수는 없었다.

이는, EPMA에 의한 분석에서는 강판 최표면으로부터 3μm 정도의 깊이까지의 영역 전체의 평균 농도가 검출되는 데에 기인한다. 그러나, Al의 농도는 표면으로부터의 깊이 3μm 이하의 얕은 영역에 있어서 어떠한 차이가 있고, 그 차이가 화성 처리성에 영향을 미치는 것으로 추정하였다.

따라서, 비교적 단시간에 복수 원소의 깊이 방향의 농도 변화를 측정할 수 있으면서 신뢰성도 높은 수단으로서 글로우 방전 발광 분광 분석법(GDS)을 이용하는 것이 최적이지 않을까 생각하여 분석을 하였다.

그 결과, 상세하게는 실시예에서 설명하지만, 화성 처리성(인산염 피막량)의 우열과, GDS에 의해 구한 표면 바로 아래의 Al의 최대 농도 사이에 명확한 상관 관계가 있음을 발견하였다.

Al의 함유량이 0.3％ 이상인 경우에, 비특허문헌 1에서는 화성 처리성이 떨어지는 것으로 평가된 Si, Mn 농도이더라도 우수한 화성 처리성이 얻어진 이유는, 제조 조건에 있다고 생각하였다. 그리고, 상기 강편을 다양한 온도로 가열하여, 몇 개의 압연율로 조 압연하고, 이어서 디스케일링을 행하고, 계속해서 마무리 압연을 행하여 열연 강판을 제조하였다. 마무리 압연의 조건은 상기와 마찬가지로 하였다.

마무리 압연 후의 강판 표면을 관찰하였다. 또한, 제조된 열연 강판을 산세하고, 산세 후의 강판 표면을 관찰하여, 난산세 부위(즉, 강판 표면에 스케일이 잔존해 있는 부위)의 유무를 확인하였다.

산세는 80℃로 유지한 3％ HCl 수용액에 60초간 침지하여 행하였다. 산세 후, 강판을 충분히 수세하고, 빠르게 건조시켰다.

난산세 부위가 보인 강판(난산세 강판이라고 칭함) 및 보이지 않은 강판(건전 강판이라고 칭함) 모두로부터 시험편을 채취하여 화성 처리성을 평가하였다. 또한, 난산세 강판에 대해서는, 스케일이 잔존하고 있지 않은 부위를 사용하였다. 그 결과, 난산세 강판의 화성 처리성은 동일 조성의 건전 강판의 화성 처리성에 비해 떨어지는 것으로 판명되었다.

따라서, 양자(즉, 산세 후의 건전 강판, 및 산세 후의 난산세 강판으로서 스케일이 잔존하고 있지 않은 부위)에 대하여 GDS에 의해 표면 원소의 분석을 행하고, 표면으로부터 500nm까지의 범위에서 분석하였다.

그 결과, 표층에 농화되어 있는 Al의 농도의 최대값이 0.75％ 이하인 경우에 우수한 화성 처리성이 얻어지는 것을 발견하였다. 또한, 별도로 AES를 사용해서 분석한 결과, 표층에 농화되어 있는 Al은 Al₂O₃으로서 존재하고 있는 것을 확인하였다.

그리고 난산세 부위의 발생을, 강편의 가열 온도와, 미리 측정해 둔 조 압연 종료 시점의 온도(즉 디스케일링 개시 시의 온도)와 대조하여, 난산세 부위의 발생 유무와 제조 조건과의 관련성에 대하여 검토하였다.

그 결과, 난산세 부위의 발생과, 강편의 가열 온도 조건 및 조 압연 종료 온도 조건의 조합 사이에는 관계가 있음을 발견하였다. 또한, 난산세 부위가 발생하지 않는 온도 조건과 강편의 화학 성분 사이에도 일정한 관계가 있음도 발견하였다.

강편의 가열 온도를 하기 T1 이하로 하고, 또한 조 압연의 종료 온도를 하기T2 이하로 하면, 난산세 부위는 발생하지 않고, 또한 화성 처리성이 우수한 강판이 얻어진다. 이에 반해, 상기의 온도 조건을 벗어나는 경우에는, 화성 처리성이 열위인 것이 명확해졌다. 또한, 화학 성분이 본 실시 형태의 범위를 벗어나는 경우에는, 상기 온도 조건을 만족하더라도 화성 처리성이 열위인 것도 명확해졌다.

T1=1215+35×[Si]-70×[Al]

T2=1070+35×[Si]-70×[Al]

식 중의 [Si] 및 [Al]은 각각 강편 중의 Si 함유량(질량％) 및 강편 중의 Al 함유량(질량％)을 나타낸다.

강편 중의 Si 함유량과 Al 함유량으로부터 산출되는 강편 가열 온도의 상한값 및 조 압연 종료 온도의 상한값과, 난산세 부위 발생의 유무 사이에 관계가 있는 것에 대해서는 반드시 명확하게 되어 있는 것은 아니지만, 다음과 같이 추측하고 있다.

조 압연 후의 디스케일링 공정에 있어서 스케일이 잔존하면, 이 스케일 잔존 부위(디스케일링 불량 부위)가 마무리 압연 후의 산세 공정에 있어서 난산세 부위로 된다. 따라서, 디스케일링 공정에서의 디스케일링성이 우수한 경우, 산세 공정에 있어서 난산세 부위가 발생하기 어려워, 산세성도 우수하다.

강편 중의 Si 및 Al의 양자는 Fe보다도 산화 용이 원소로, 특히 소정의 온도 이상으로 강편이 가열되면, Si는 디스케일링성(스케일의 박리 용이성)을 저하시키는 것이 널리 알려져 있다. 그러나, Si와 함께 Al을 함유하고 있으면, Al은 Si와 지철 사이에 분포하는 경향을 갖고, 특히 Si와 Al의 함유량이 후술하는 본 실시 형태에서 규정하는 비율인 경우에는, Si 스케일에 의한 디스케일링성의 저하를 완화시키는 작용을 발휘한다. 이 작용은, 가열 온도가 Si와 Al의 양자의 양으로부터 산출되는 온도(T1) 이하의 저온인 경우에 유효하게 된다.

Si와 Al의 양자의 양으로부터 산출되는 온도(T1) 이하의 저온에서 강편을 가열하고, 계속해서 일정량의 온도 저하를 수반하며 압연율이 80％ 이상인 조건에서 조 압연을 행하면, 1차 스케일이 디스케일링에 적합하도록 파쇄된다. 이로 인해, 조 압연 후에 특별히 가열을 행하지 않더라도, 디스케일링(스케일의 제거)이 행해진다. 조 압연 종료 온도가 소정의 온도(T2) 이하의 저온인 경우에 디스케일링성에 문제가 발생하지 않는 것은 조 압연시의 온도 저하 폭을 반영한 것으로 생각된다. 즉, 조 압연시의 온도 저하 폭이 크기 때문에, 강의 열팽창 계수와 스케일의 열팽창 계수의 차이에 의해, 온도 변화에 의해 열 응력이 발생하여 스케일이 박리되기 쉬워진 것으로 생각된다.

본 발명자들의 실험에 있어서, 조 압연율과 난산세 부위 발생 유무 사이에 관계가 있는 것도 발견하였다. 이유에 대해서는 반드시 명확하게 되어 있는 것은 아니다. 그러나, 후술하는 실시예 1에 나타난 바와 같이, 조 압연율을 80％ 이상으로 함으로써, 난산세 부위가 발생하지 않는 열연 강판을 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

또한, 전술한 바와 같이, 화학 성분과 제조 조건을 광범위하게 변화시켜 행한 실험에 있어서, 화학 성분과 제조 조건을 후술하는 적절한 범위로 제어하여 조합하면, 우수한 화성 처리성도 얻어짐을 발견하였다. 열연 및 산세 후의 강판의 화성 처리성과, Si 함유량 및 Al 함유량의 관계에 대해서는 다음과 같이 추정하고 있다.

산세 후의 강판 표면에는, 도 1에 모식적으로 도시한 바와 같이 200 내지 500nm의 두께 범위 내에서 Si, Mn, Al 등의 구성 원소의 산화물이 표면의 일부에 존재하고, 표면의 잔량부에 C가 농화되어 있다. 강판 표면에 있어서, Al을 함유하고 있는 산화물(주로 Al₂O₃이라 생각됨)이, 후술하는 소정의 양보다도 많이 존재하는 경우에는, 화성 처리액의 습윤성이 나쁘고, 이에 의해 화성 처리성이 특히 악화되는 것으로 생각된다.

본 실시 형태는 상기한 연구에 기초하여 완성되었으며, 이하에 본 실시 형태의 한정 이유에 대하여 설명한다.

우선, 강판의 화학 성분 및 강판 표면의 Al 농도에 대하여 설명한다.

C: 0.05 내지 0.12％

C는 강판의 강도를 확보하고, 또한 DP 조직을 얻기 위해서는 필수적인 원소이다. C량이 0.05％ 미만이면 780MPa 이상의 인장 강도가 얻어지지 않는다. 한편, C가 0.12％를 초과하여 함유되어 있으면, 용접성이 열화된다. 따라서, C의 함유량은 0.05 내지 0.12％로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.06 내지 0.10％이며, 더욱 바람직하게는 0.065 내지 0.09％이다.

Si: 0.8 내지 1.2％

Si는 페라이트 변태를 촉진하는 원소이므로, C 함유량을 적절히 제어함으로써 DP 조직이 얻어지기 쉬워진다. 그러나, Si는 열연 스케일의 성상이나 화성 처리성에도 강하게 영향을 미친다. Si 함유량이 0.8％ 미만이면 페라이트상의 확보가 용이하지 않다. 또한, Si 스케일이 부분적으로(줄무늬 형상, 얼룩 형상으로) 생성되어 외관을 현저히 손상시킨다. 이에 반해 Si 함유량이 1.2％를 초과하면, 화성 처리성이 대폭 저하한다. 따라서, Si의 함유량을 0.8 내지 1.2％로 한다. 또한, 특히 높은 구멍 확장성이 요구되는 경우에는, Si 함유량을 1.0％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Mn: 1.6 내지 2.2％

Mn은 강판의 강도 확보에는 필수적인 원소이며, 또한 켄칭성을 높여서 DP 강판의 제조를 용이하게 한다. 이로 인해 1.6％ 이상의 Mn을 함유시키는 것이 필요하다. 한편, Mn 함유량이 2.2％를 초과하면, 판 두께 방향의 편석에 의해 연성이 열위가 되거나, 절단시에 전단면의 성상을 악화시키거나 할 우려가 있다. 이로 인해, Mn 함유량의 상한을 2.2％로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 1.7 내지 2.1％이며, 보다 바람직하게는, 1.8 내지 2.0％이다.

Al: 0.3 내지 0.6％

Al은 Si와 함께 본 실시 형태에 있어서 가장 중요한 작용을 하는 원소이다. Al은 페라이트 변태를 촉진한다. 또한, Al은 열연 스케일의 형태를 개선하기 때문에, 조 압연 후의 디스케일링이나 열연 후의 산세성에도 영향을 미친다. Al 함유량이 0.3％ 미만이면, Si 스케일의 디스케일링성을 개선하는 효과가 불충분하다. 한편, Al 함유량이 0.6％를 초과하면, 강편의 가열 온도나 조 압연의 조건을 본 실시 형태의 범위 내로 하더라도, Al의 산화물 자체가 화성 처리성의 열화로 이어지므로 바람직하지 않다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.35 내지 0.55％이다.

P: 0.0005 내지 0.05％

P는 고용 강화(입계 강화) 원소로서 기능하지만, 불순물이기 때문에 편석에 의한 가공성의 열화가 우려된다. 따라서, P 함유량을 0.05％ 이하로 하는 것이 필요하다. P 함유량은 0.03％ 이하가 바람직하고, 0.025％ 이하가 더욱 바람직하다. 한편, P 함유량을 0.0005％ 미만으로 하기 위해서는 현저한 비용의 증가를 수반한다.

S: 0.0005 내지 0.005％

S는 MnS 등의 개재물을 형성하여 기계적 성질을 열화시키므로, 가능한 한 S 함유량을 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.005％ 이하의 S의 함유는 허용할 수 있다. 한편, S 함유량을 0.0005％ 미만으로 하기 위해서는 현저한 비용의 증가를 수반한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.004％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다.

N: 0.0005 내지 0.01％

N은 불순물로, AlN 등의 개재물을 형성하여 가공성에 영향을 줄 가능성이 있다. 따라서, N 함유량의 상한을 0.01％로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0075％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.005％ 이하이다. 한편, N 함유량을 0.0005％ 미만으로 하기 위해서는 현저한 비용의 증가를 수반한다.

본 실시 형태에 따른 열연 강판에서는 필요에 따라 이하의 원소를 함유해도 좋다.

Cu: 0.002 내지 2.0％

Cu는 피로 특성을 개선하는 효과를 가지므로, 상기 범위로 함유해도 좋다.

Ni: 0.002 내지 1.0％

Ni는 Cu를 함유하는 경우의 열간 취화의 방지를 목적으로 함유해도 좋다. Ni 함유량은, Cu 함유량의 절반을 목표로 하면 된다.

Ti: 0.001 내지 0.5％,

Nb: 0.001 내지 0.5％,

Mo: 0.002 내지 1.0％,

V: 0.002 내지 0.2％,

Cr: 0.002 내지 1.0％ 및

Zr: 0.002 내지 0.2％로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상.

상기 원소는 고용 강화 및 석출 강화에 의해 강판의 고강도화에 유효하며, 필요에 따라 함유해도 좋다. 그의 효과가 명료해지는 양을 하한으로 하고, 효과가 포화되는 양을 상한으로 한다.

Ca: 0.0005 내지 0.0050％, REM: 0.0005 내지 0.0200％로부터 선택되는 어느 한쪽 또는 양쪽.

여기서, REM이란 희토류 금속이며, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu로부터 선택되는 1종 이상이다.

이들 원소는 비금속 개재물의 형태 제어를 통해 기계적 성질의 향상에 기여한다. 그 효과는 적어도 0.0005％ 이상에서 확인된다. Ca의 경우에는, 0.0050％의 함유량에서 효과가 포화되고, REM의 경우에는, 함유량이 0.0200％에서 효과가 포화된다. 이 때문에 Ca, REM 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 상기 범위로 함유해도 좋다. 각각의 함유량은, 바람직하게는 Ca: 0.0040％ 이하, REM: 0.0100％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 Ca: 0.0030％ 이하, REM: 0.0050％ 이하이다.

B: 0.0002 내지 0.0030％

B는 입계의 강화를 통해 기계적 성질을 개선함과 동시에, 켄칭성을 향상시키는 작용이 있다. 이 때문에 B는 마르텐사이트상의 확보에 유효하다. 그 효과는 0.0002％ 이상에서 확인되고, 0.0030％에서 포화된다. 따라서, 상기 범위로 B를 함유해도 좋다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0025％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.0020％ 이하이다.

산세 후의 표면으로부터 깊이(두께) 500nm까지의 범위에 있어서, GDS로 검출되는 Al의 농도의 최대값: 0.75％ 이하

상기 값이 0.75％를 초과하면, 필요한 화성 처리성이 얻어지지 않는다. 상기 값은, 바람직하게는 0.65％ 이하이다. 하한은 특별히 규정되지 않는다. 강판 중의 Al의 평균 농도 이하이더라도 전혀 문제는 없다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 상기 이외의 성분은 Fe가 되지만, 스크랩 등의 용해 원료로부터 혼입되는 불가피적 불순물은 허용된다.

GDS는 시판되는 장치로, 표준적인 조건에서 행하면 된다. 단, 극표층의 분석이기 때문에, 도입 주기(샘플링 시간)를 짧게 하는 것이 바람직하고, 0.05초/회보다 단주기로 하는 것이 바람직하다.

다음으로 강판의 마이크로 조직에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 열연 강판의 금속 조직은, 기본적으로는 페라이트상과 마르텐사이트상을 포함하는 2상 조직이다. 상세하게는, 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지거나, 또는 상기 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 5 면적％ 미만의 베이나이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어진다.

페라이트상의 면적률을 60％ 이상, 마르텐사이트상의 면적률을 10％ 초과, 베이나이트상의 면적률을 0 내지 5％ 미만으로 함으로써, 780MPa 이상의 인장 강도, 23％ 이상의 신율 및 0.45 이상의 피로 한도비를 갖는 강판이 얻어진다. 또한, X선 회절법으로 검출되는 잔류 오스테나이트상의 면적률은 0 내지 1％ 미만이면 허용된다. 페라이트상의 면적률은, 바람직하게는 70％ 이상이며, 마르텐사이트상의 면적률은, 바람직하게는 12％ 초과이며, 베이나이트상의 면적률은, 바람직하게는 3％ 미만이다.

강판 표면으로부터 깊이(두께) 20μm까지의 범위에 있어서, 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이: 20μm 이하

프레스 성형 시의 표면 거칠음 발생을 억제하기 위해서는, 강판의 표면으로부터 깊이(두께) 20μm까지의 표층에 존재하는 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이가 20μm 이하인 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 후술하는 바와 같이, 조 압연 종료 온도를 960℃ 이하로 하여, 마무리 압연 전의 오스테나이트 입자를 조대화시키지 않는 것이 유효하다.

다음으로 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

강편은 통상법의 용제 및 주조에 의해 제조된다. 생산성의 관점에서, 연속 주조가 바람직하다.

가열 온도(SRT): T1 이하

조 압연율: 80％ 이상

조 압연 종료 온도: T2 이하

여기서, T1, T2는 이하의 식에 의해 산출되는 값이다.

T1=1215+35×[Si]-70×[Al]

T2=1070+35×[Si]-70×[Al]

또한, [Si] 및 [Al]은 각각 강편 중의 Si 함유량(질량％) 및 강편 중의 Al 함유량(질량％)을 나타낸다.

강편을 T1 이하의 가열 온도로 가열하고, 압하율이 80％ 이상이고 또한 최종 온도가 T2 이하인 조건으로 상기 강편에 대하여 조 압연을 행하여 조 압연재로 한다.

SRT는 1차 스케일의 형태를 통해 조 압연 후의 디스케일링성에 영향을 준다. 또한, 조 압연율과 조 압연 종료 온도는 1차 스케일의 파쇄 상태를 결정하는 최대의 인자로, 조 압연 후의 디스케일링 상태(디스케일링 불량 부위의 유무 등)에 영향을 미친다. 디스케일링 불량 부위는 산세 후에 난산세 부위로 되기 때문에, 결과적으로 조 압연율과 조 압연 종료 온도는 마무리 압연 후의 산세성에 영향을 미친다.

특히 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수한 강판을 제조하기 위해서는, SRT를 1200℃ 미만으로 하고, 조 압연의 종료 온도를 960℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 실시예에서 구체적으로 나타낸 바와 같이, 조 압연 종료 온도를 960℃ 이하로 함으로써, 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수한 강판을 얻을 수 있다. 마무리 압연 전의 오스테나이트 입경을 미립화함으로써 이 효과가 얻어진다고 생각된다.

또한, SRT를 1200℃ 이상으로 하고, 또한 조 압연 종료 온도를 960℃ 이하로 하기 위해서는, 조 압연 후에 피압연재(조 압연재)를 라인 상에 체류시킬 필요가 있어, 생산성을 매우 저하시킨다. 이로 인해, SRT는, 바람직하게는 1200℃ 미만이고, 더욱 바람직하게는 1150℃ 미만이다. 또한, 조 압연 종료 온도는, 바람직하게는 960℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 950℃ 이하이다.

후술하는 마무리 압연을 700℃ 이상에서 종료시킬 수 있으면, SRT의 하한 및 조 압연의 종료 온도의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 마무리 압연을 700℃ 이상에서 종료시킬 수 있는 압연 설비의 능력이나 사양에 따라 SRT의 하한 및 조 압연의 종료 온도의 하한은 적절히 결정된다.

조 압연율(조 압연의 압하율)은 80％ 이상이며, 바람직하게는 82％ 이상이다.

이들 조건은 모두 실험적으로 발견된 것이며, 그의 도출 방법은 실시예 중에서 상세하게 설명한다.

디스케일링:

계속해서, 조 압연재에 대하여 디스케일링을 행한다.

디스케일링은 범용적인 장치로 행할 수 있다. 수압, 수량, 스프레이 개방도, 노즐 경사각 및 강판과 노즐 거리 등은 통상의 열연과 마찬가지로 사업자가 선택하면 된다. 예를 들어, 수압 10MPa, 수량 1.5리터/초, 스프레이 개방도 25°, 노즐 경사각 10°, 강판과 노즐의 수직 거리 250mm 등을 선택할 수 있다.

마무리 온도(FT): 700 내지 950℃

계속해서 마무리 온도를 700 내지 950℃의 범위 내로 하는 조건으로 마무리 압연을 행하여 압연판으로 한다.

FT는 700℃ 이상으로 할 필요가 있다. FT가 700℃ 미만인 경우, 표층에 조대한 결정립이 형성되기 쉬워져, 피로 특성의 저하가 우려된다. 또한, 냉각 조건을 궁리하더라도 연성이 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 한편, FT가 너무 높은 경우에도 결정립경이 조대해져, 우수한 기계적 성질이 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 950℃를 FT의 상한으로 한다.

특히 강도 및 연성의 등방성이 우수한 강판을 제조하기 위해서는, FT를 900℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. FT를 900℃ 이하로 함으로써, 압연시에 축적된 변형 에너지가 가능한 한 높은 상태로부터 페라이트 변태시킬 수 있어, 보다 등방적인 강도 및 연성을 갖는 강판을 얻을 수 있다.

열간 압연 후의 냉각:

압연 종료 후, 우선 5 내지 90℃/s의 평균 냉각 속도(CR1)로 1차 냉각을 행한다. 1차 냉각 종료 온도(MT)는 550 내지 750℃로 한다.

CR1을 5℃/s 미만으로 하면, 생산성을 손상시키므로 바람직하지 않다. 또한, 결정립이 조대화되어 기계적 성질의 저하가 염려된다. CR1을 90℃/s 초과로 하면, 냉각이 불균일해지므로 바람직하지 않다.

생산성을 손상시키지 않고 매끄러운 산세 표면을 갖는 강판이 얻어지도록 하기 위해서는, CR1은, 바람직하게는 50℃/s 이상이며, 보다 바람직하게는 60℃/s 이상이다. 수냉에 의해 냉각하는 것이 바람직하고, 이에 의해 압연 후에서의 스케일의 발생이 억제되어, 산세성이 개선된다.

MT가 750℃ 초과인 경우, 조대한 마르텐사이트상이 형성될 우려가 있어, 기계적 성질의 열화가 염려된다. 한편, MT가 550℃ 미만인 경우, 필요한 마르텐사이트상의 분율이 얻어지지 않기 때문에 강도 부족이 될 우려가 있다. MT는, 바람직하게는 580 내지 720℃이다.

이어서, 15℃/s 이하의 평균 냉각 속도(CR2)로 2차 냉각을 행한다. 2차 냉각 종료 온도(MT2)를 450 내지 700℃로 한다. 냉각 수단으로서 공냉도 선택할 수 있다.

CR2가 15℃/s 초과인 경우나 MT2가 700℃ 초과인 경우, 오스테나이트상으로의 C의 농화가 불충분해져, 페라이트상과의 강도차가 작은 마르텐사이트상이 형성될 우려가 있다. 이로 인해, 성형성이 저하될 우려가 있다. MT2가 450℃ 미만인 경우, 펄라이트상의 생성이 염려된다. CR2는, 바람직하게는 10℃/s 이하이고, MT2는, 바람직하게는 480 내지 680℃이다.

상기에 계속해서, 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도(CR3)로 3차 냉각을 행한다. 냉각 종료 온도(CT)를 250℃ 이하로 한다. CR3이 30℃/s 미만인 경우, 펄라이트의 생성을 억제할 수 없다. 또한, CT가 250℃ 초과인 경우, 생성된 M상이 템퍼링되는 것이 염려된다.

CR3이 너무 크면, 열연 강판의 폭 방향 및 압연 방향의 냉각이 불균일해질 우려가 있기 때문에, 상한을 100℃/s로 하는 것이 바람직하다. CR3은, 바람직하게는 45 내지 90℃/s이며, CT는, 바람직하게는 200℃ 이하이다.

냉각 후에는 상법에 따라 권취된다.

산세:

계속해서, 냉각 후의 열연 강판을 산세하여, 강판 표면의 스케일을 제거해도 좋다.

산세는 70 내지 90℃로 유지한 HCl 수용액 중에 침지해서 행한다. HCl의 농도는 2 내지 10％로 하고, 침지 시간은 1 내지 4분으로 한다. 온도가 70℃ 미만인 경우나, 농도가 2％ 미만인 경우에는 긴 침지 시간을 필요로 하게 되어, 생산 효율을 손상시킨다.

한편, 온도가 90℃ 초과인 경우나 HCl의 농도가 10％ 초과인 경우에는, 산세 후의 표면 조도가 저하되므로 바람직하지 않다.

침지 시간이 1분 미만인 경우, 스케일의 제거가 불완전해지므로 바람직하지 않다. 또한, 침지 시간이 4분 초과인 경우, 생산 효율을 손상시킨다.

산세 후, 가공 등의 공정을 거쳐 도장의 기초 처리로서의 화성 처리가 이루어지는 경우가 있다. 본 실시 형태에 따르면, 난산세 부위의 발생이 없고, 건전한 화성 처리막을 형성할 수 있다.

<실시예>

(실시예 1)

표 1에 기재된 화학 성분을 갖는 강편을 가열하고, 조 압연하고, 이어서 디스케일링을 행하고, 계속해서 마무리 압연을 행하였다. 조 압연까지의 조건을 표 4에 나타낸다. 또한, 조 압연 후의 디스케일링 조건 및 마무리 압연 조건을 각각 표 2, 3에 나타낸다. 또한, 표 3에 있어서, FT는 마무리 온도를 나타내고, CR1 내지 3은 각각 1 내지 3차 냉각의 냉각 속도를 나타낸다. MT1, 2는 각각 1, 2차 냉각의 종료 온도를 나타내고, CT는 냉각 종료 온도를 나타낸다.

얻어진 열연 강판을 산세하였다. 산세는 80℃로 유지한 3％ HCl 수용액에 60초간 침지하여 행하였다. 산세 후 충분히 수세하고, 빠르게 건조시켰다. 마무리 압연 후의 강판 표면을 관찰함과 동시에, 산세 후의 강판 표면도 관찰함으로써, 난산세 부위의 유무를 확인하였다.

난산세 부위가 보인 강판 및 보이지 않은 강판(건전 강판이라고 칭함) 모두로부터 시험편을 채취하여 화성 처리를 실시하고, 화성 처리성을 평가하였다.

화성 처리에서는 시판되는 화성 처리제를 사용하여 55℃에서 2분간 소부하여 성막하였다. 목표 부착량은 2g/m²로 하였다. 또한, 처리액의 조정이나 처리 방법은 제조사의 권장 조건에 준거하여 행하였다.

화성 처리성의 평가는 인산염의 피막량 W를 측정하여 행하였고, 피막량 W가 1.5g/m² 이상인 경우를 우수로 평가하고, 1.5g/m² 미만인 경우를 열등이라 평가하였다.

그 결과, 난산세 부위가 보인 강판의 화성 처리성은 동일 조성의 건전 강판의 화성 처리성에 비해 떨어지는 것으로 판명되었다.

모든 강판에 대하여 산세 후에 GDS에 의한 표면 원소의 분석을 하였다. 이 표면 분석은 JOBIN YVON사제 JY5000RF를 사용하고, 출력 40W, Ar 유압 775Pa, 샘플링 간격은 0.045초로 행하였다.

C, Si, Mn 및 Al의 원소의 스펙트럼 파장은 각각 156nm, 288nm, 258nm 및 396nm이다. 표면으로부터 깊이(두께) 500nm까지의 범위에 있어서 이들 원소의 농도를 측정하였다.

또한, 난산세 부위(스케일의 잔존 부위)가 발생한 강판에서는, 스케일이 잔존하고 있지 않은 개소(부위)로부터 측정용의 샘플을 채취하여, GDS에 의한 Al량의 측정 및 화성 처리성의 평가를 행하였다.

얻어진 결과를 표 4 및 표 5에 통합하여 나타낸다.

이들 원소의 농도 프로파일과 화성 처리성의 우열에 대해서 검토를 행하였다. 그 결과, C, Si, Mn의 3 원소의 농도와 화성 처리성의 우열 사이에는 특정한 관계를 찾아낼 수 없었다. 그러나, Al의 농도와 화성 처리성의 우열 사이에는 관련성이 있어, Al의 최대 농도가 0.75％ 이하인 강판에서는 우수한 화성 처리성이 얻어짐을 발견하였다.

그리고, 난산세 부위의 발생을, 강편의 가열 온도와, 미리 측정해 둔 조 압연 종료 시점의 온도(즉 디스케일링 개시 시의 온도)와 대조하여, 난산세 부위의 발생 유무와 제조 조건과의 관련성에 대하여 검토를 행하였다. 그 결과, 난산세 부위의 발생과, 강편의 가열 온도 조건 및 조 압연 종료 온도 조건의 조합 사이에는 관계가 있음을 발견하였다. 또한, 난산세 부위가 발생하지 않는 온도 조건과 강편의 화학 성분 사이에도 일정한 관계가 있음을 발견하였다.

우선, 강편의 가열 온도에 대해서 검토하였다.

난산세 부위가 없고, 화성 처리성도 우수하며, 또한 Al의 최대 농도가 0.75％ 이하였던 시료 No.1, 2, 4, 9, 13, 15 및 18을 선택하였다. 이들 시료의 실적값으로부터 강편의 가열 온도의 상한이 얻어진다고 생각하여, 강편의 가열 온도의 상한과 화학 성분의 관계를 상세하게 검토하였다.

C, Si, Mn, P, S 및 Al은 강판의 1차 스케일 형성에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 이들 원소로부터 1개 또는 2개를 선택하여, 그 농도(질량％)를 독립 변수(X, 또는 X1, X2)로 하고, 강편의 가열 온도를 종속 변수(Y)로 하여, 선형 단 회귀 분석 또는 선형 다중 회귀 분석을 행하였다. 즉, Y=aX+b 또는 Y=cX1+dX2+e의 관계식이 최소 오차(잔차 평방합)로 성립할 때의 a 및 b, 또는 c, d 및 e를 구하였다.

그 결과, 독립 변수로서 [Si], 및 [Al]의 조합을 선택한 경우에 잔차 평방합이 최소가 됨을 알 수 있었다. 즉, 강편의 가열 온도의 상한값과 [Si] 및 [Al] 사이에 가장 강한 상관이 있음을 알 수 있었다. 또한, 계산은 시판되는 계산 소프트 웨어로 행하였다.

얻어진 회귀식은 Y=1208+35[Si]-64[Al]이었다. 이 식을 기초로 c, d 및 e의 피팅을 행하여 상기 7개의 시료의 조건이 모두 만족되는 온도식으로서 T1=1215+35×[Si]-70×[Al]을 얻었다.

다음으로, 조 압연의 종료 온도에 대하여 검토하였다.

강편 가열 온도와 동일한 방법으로, 동일한 시료 No.1, 2, 4, 9, 13, 15 및 18을 선택하였다. 이들 시료의 실적값으로부터 조 압연의 종료 온도의 상한이 얻어진다고 생각하여, 조 압연의 종료 온도의 상한과 화학 성분의 관계를 상세하게 검토하였다.

상술한 바와 같이, C, Si, Mn, P, S 및 Al에 대해서 단회귀 분석을 행하고, 계속해서 2 원소를 선택한 다중 회귀 분석을 행하였다. 그 결과, 강편의 가열 온도의 경우와 마찬가지로, 독립 변수로서 [Si] 및 [Al]의 조합을 선택한 경우에 최소의 잔차 평방합이 얻어짐을 알 수 있었다.

얻어진 회귀식은 Y=1068+32[Si]-66[Al]이었다. 이 식을 기초로 피팅을 행하여 상기 7개의 시료의 조건이 모두 만족되는 온도식으로서 T2=1070+35×[Si]-70×[Al]을 얻었다.

즉, 강편의 가열 온도를 T1 이하로 하고, 또한 조 압연의 종료 온도를 T2이하로 하면, 난산세 부위는 발생하지 않고, 화성 처리성이 우수한 강판이 얻어진다는 결론에 도달하였다.

강편의 가열 온도 및 조 압연의 종료 온도 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 상기 의 온도 조건을 벗어나는 경우(시료 No.3, 5, 7, 8, 11, 12 및 17), 화성 처리성이 열위인 것이 명확해졌다. 또한, 화학 성분이 본 실시 형태에서 규정된 범위를 벗어나는 경우(시료 No.6)에는, 상기 온도 조건을 만족하더라도 화성 처리성이 열위인 것도 명확해졌다.

한편, 상기 온도 조건은 만족하더라도 조 압연율이 80％ 미만인 경우(시료 No.10 및 20)에는, 아마도 스케일 파쇄가 불충분하기 때문에 디스케일링성이 떨어지고, 이에 의해 난산세 부위가 발생하고, 또한 화성 처리성이 열화된 것으로 판단된다.

표 5는 표 4의 계속으로, 인장 강도(σ_B), 신율(ε_B), 구멍 확장 한계치(구멍 확장성)(λ) 및 피로 한도비를 나타낸다.

인장 강도와 신율은 JIS Z 2241에 준거해서 측정하였다. 상세하게는, 압연 방향에 대하여 직각의 방향이 인장 시험편의 길이 방향이 되도록 JIS Z 2201의 5호 인장 시험편을 채취하였다. 그리고, 인장 시험편의 길이 방향(압연 방향에 대하여 직각의 방향)으로 인장력을 인가하여 인장 강도와 신율을 측정하였다.

또한, 구멍 확장 한계치는 일본철강연맹규격 JFST 1001-1996에 준거하여 측정하였다. 시험편의 치수는 150×150mm이며, 펀칭 구멍의 크기는 10mmφ이었다. 클리어런스를 12.5％로 하여, 60°의 원추 펀치로 전단면측으로부터 구멍 확장을 행하였다. 균열이 판 두께를 관통한 시점의 구멍의 내경 d를 구하였다. 구멍 확장 전의 내경을 d₀으로 하면, 이하의 식으로부터 한계 구멍 확장치 λ(％)를 구하였다.

한계 구멍 확장치 λ(％)=(d-d₀)/d₀×100

피로 한도비는 이하의 방법에 의해 산출하였다. JIS Z 2275에서 정해진 1호 시험편(b=15mm, R=30mm)을, 그의 길이 방향이 강판의 압연 방향에 대하여 수직 방향과 평행해지도록 채취하였다. 25Hz로 평면 굽힘 피로 시험을 행하고, 얻어진 시험 결과에 기초하여 S-N선도를 작성하였다. 얻어진 S-N선도에 있어서, 1×10⁷회에서의 강도를 피로 강도 σ_W로 하고, 이하의 식으로부터 피로 한도비를 산출하였다.

피로 한도비=σ_W/σ_B

이상의 결과로부터, 어느 특성에 대해서도 충분한 특성이 얻어지고 있음을 알 수 있었다. 구멍 확장성에 대해서는, Si량을 1％ 이상으로 함으로써, 시료 No.7 내지 20에 나타난 바와 같이, 특히 구멍 확장성이 우수한 강판이 얻어졌다.

(실시예 2)

표 6에 기재된 화학 성분을 갖는 강편을 가열하고, 조 압연하고, 이어서 디스케일링을 행하고, 계속해서 마무리 압연을 행하였다. 마무리 압연의 상세한 조건을 표 7에 나타내고, 강편의 가열로부터 마무리 압연까지의 조건을 표 8에 나타낸다. 디스케일링의 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.

얻어진 열연 강판을 실시예 1과 동일한 조건으로 산세하였다. 마무리 압연 후의 강판 표면을 관찰함과 함께, 산세 후의 강판 표면도 관찰함으로써, 난산세 부위의 유무를 확인하였다.

난산세 부위가 보인 강판 및 보이지 않은 강판 모두로부터 시험편을 채취하여 화성 처리성을 평가하였다. 평가 조건 및 평가 기준은 실시예 1과 동일하다.

GDS를 사용하여, 강판 표면으로부터 깊이(두께) 500nm까지의 범위에 있어서 Al 농도의 최대값의 측정도 행하였다.

또한, 인장 강도, 신율, 구멍 확장 한계치 및 피로 한도비를 측정하였다.

얻어진 결과를 표 8 및 표 9에 통합하여 나타낸다.

어느 강판도 강도, 연성, 구멍 확장성 및 피로 특성에 있어서 양호한 특성을 나타내었다.

그러나, 산세성 및 화성 처리성에는 조 압연 조건에 따른 차이가 보였다. 상세하게는, 강편의 가열 온도가 본 실시 형태에서 규정된 범위를 벗어나는 시료 No.22 및 조 압연의 종료 온도가 본 실시 형태에서 규정된 범위를 벗어나는 시료 No.24, 26 및 28에서는 난산세 부위가 발생하였다. 또한, 화성 처리성도 열위였다.

(실시예 3)

표 10에 기재된 화학 성분을 갖는 강편을 가열하고, 조 압연하고, 이어서 디스케일링을 행하고, 계속해서 마무리 압연을 행하였다. 마무리 압연의 상세한 조건을 표 11에 나타내고, 강편의 가열로부터 마무리 압연까지의 조건을 표 12에 나타낸다. 조 압연 후의 디스케일링 조건은 실시예 1(표 2에 기재된 조건)과 동일하게 하였다.

마무리 압연 후에, 실시예 1과 동일한 조건으로 산세하여 난산세 부위의 유무를 확인하였다. 그 결과, 어느 강판에서도 난산세 부위는 보이지 않았다.

또한, 실시예 1과 동일한 조건으로 화성 처리를 행하여, 화성 처리성의 평가를 행하였다. 그 결과, 어느 강판도 「양호」로 평가되었다.

실시예 1과 마찬가지로, GDS를 사용하여, 강판 표면으로부터 깊이(두께) 500nm까지의 범위에 있어서, Al 농도의 최대값(질량％)의 측정을 행하였다. 또한, 인장 강도, 신율, 구멍 확장성 및 피로 한도비도 측정하였다.

얻어진 결과를 표 13에 나타낸다. 여기서, σ_B-L, ε_B-L은 각각 압연 방향에 대하여 평행한 방향을 인장 방향으로 하여 측정한 인장 강도와 신율이다. 또한, σ_B-C, ε_B-C는 각각 압연 방향에 대하여 직각인 방향을 인장 방향으로 하여 측정한 인장 강도와 신율이다. 이들 측정값에 기초한 이방성의 지표로서 Δσ_B=|σ_B-L-σ_B-C| 및 Δε_B=|ε_B-L-ε_B-C|도 표 11에 나타낸다. 이들은 실시예 1과 동일한 인장 시험으로 구한 값이다.

또한, 강판 표면으로부터 깊이(두께) 20μm까지의 범위에서의 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이를 측정한 결과도 표 11에 나타내었다.

조 압연의 종료 온도를 960℃ 이하로 하고, 또한 마무리 압연 온도를 900℃ 이하로 하여 제작된 시료 No.2, 4, 6, 8, 11, 12 및 13에서는 인장 강도의 이방성이 6MPa 이하이며, 또한 신율의 이방성이 2％ 이하였다. 이와 같이 인장 강도 및 신율의 이방성이 작고, 등방성이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 표면으로부터 깊이(두께) 20μm까지의 범위에서의 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이는 20μm 이하로, 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수함을 알 수 있었다.

한편, 조 압연의 종료 온도가 960℃를 초과하는 시료 No.1, 5 및 9에서는 표면으로부터 깊이(두께) 20μm까지의 범위에서의 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이는 30μm 이상으로, 성형 시에 표면 거칠음의 발생이 우려된다.

또한, 마무리 압연 온도가 900℃ 초과인 시료 No.3, 7, 9 및 10에서는 인장 강도의 이방성이 20MPa 이상이며, 또한 신율의 이방성이 3.3％ 이상이었다. 이와 같이 인장 강도 및 신율의 이방성이 크기 때문에, 성형용 블랭크의 채취 자유도가 강하게 제약받는 것이 명확하다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 일 형태에 의해, 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판의 제공이 가능해진다. 특히, 화성 처리성이 우수하기 때문에, 표면에 밀착성이 우수한 도금층이나 도막을 형성할 수 있어, 우수한 내식성을 실현할 수 있다. 이로 인해, 부식 여유의 저감 등을 통해 사용 판두께를 감소시킬 수 있어, 차량 질량의 저감에 기여할 수 있다.

또한, 구멍 확장성도 우수하므로, 가공 공정에서의 제약이 적어, 강판의 적용 가능 범위가 넓다. 또한, 강판의 기계적 성질의 이방성이 작고 등방성이기 때문에, 블랭크 채취를 수율 좋게 행할 수 있다. 이와 같이 성형성이 우수하기 때문에, 고강도 강판이더라도 다양한 형상의 부품으로의 가공이 가능하다. 또한, 피로 특성도 우수하기 때문에, 서스펜션 부품 등의 반복 응력이 부하되는 부재로의 적용도 가능하다.

또한, 표층의 결정립이 압연 방향으로 장대화되는 것이 억제되기 때문에, 성형 후의 표면 거칠음의 억제도 가능하다. 또한, 산세성의 향상에 의해, 매끄러운 산세 표면을 갖는 강판을 생산성을 저하시키지 않고 얻는 것도 가능하다.

따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 고강도 열연 강판은 자동차 등의 수송 기기용의 부재에 광범위하게 적용할 수 있기 때문에, 수송 기기의 질량의 저감에 기여할 수 있다. 이로 인해, 산업상의 공헌이 매우 현저하다.

Claims

질량％로,
C: 0.05 내지 0.12％,
Si: 1.0 내지 1.2％,
Mn: 1.6 내지 2.2％,
Al: 0.30 내지 0.6％,
P: 0.05％ 이하,
S: 0.005％ 이하,
N: 0.01％ 이하, 및
잔량부로서의 Fe 및 불가피적 불순물만으로 이루어지고,
금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지거나, 또는 상기 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 5 면적％ 미만의 베이나이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지고,
산세 후의 강판 표면으로부터 두께 500nm까지의 범위에 있어서, 글로우 방전 발광 분광 분석으로 검출되는 Al의 최대 농도가 0.75질량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판.
질량％로,
C: 0.05 내지 0.12％,
Si: 1.0 내지 1.2％,
Mn: 1.6 내지 2.2％,
Al: 0.30 내지 0.6％,
P: 0.05％ 이하,
S: 0.005％ 이하, 및
N: 0.01％ 이하를 함유하고,
또한, Ni: 0.002 내지 1.0％, Ti: 0.001 내지 0.5％, Nb: 0.001 내지 0.5％, Mo: 0.002 내지 1.0％, V: 0.002 내지 0.2％, Cr: 0.002 내지 1.0％, Zr: 0.002 내지 0.2％, Ca: 0.0005 내지 0.0050％, REM: 0.0005 내지 0.0200％ 및 B: 0.0002 내지 0.0030％로부터 선택되는 1종 이상, 및
잔량부로서의 Fe 및 불가피적 불순물만으로 이루어지고,
금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지거나, 또는 상기 금속 조직은 60 면적％ 이상의 페라이트상과 10 면적％ 초과의 마르텐사이트상과 5 면적％ 미만의 베이나이트상과 0 내지 1 면적％ 미만의 잔류 오스테나이트상으로 이루어지고,
산세 후의 강판 표면으로부터 두께 500nm까지의 범위에 있어서, 글로우 방전 발광 분광 분석으로 검출되는 Al의 최대 농도가 0.75질량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 강판 표면으로부터 두께 20μm까지의 범위에 있어서, 페라이트 결정립의 압연 방향의 평균 길이가 20μm 이하인 것을 특징으로 하는, 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판.
제1항 또는 제2항에 기재된 산세성, 화성 처리성, 피로 특성, 구멍 확장성 및 성형 시의 표면 거칠음 내성이 우수하고, 또한 강도와 연성이 등방성인 고강도 열연 강판의 제조 방법이며,
강편을 T1 이하의 가열 온도로 가열하고, 압하율이 80％ 이상이고 또한 최종 온도가 T2 이하인 조건에서 상기 강편에 대하여 조 압연을 행하여 조 압연재로 하는 공정과,
상기 조 압연재에 대하여 디스케일링을 행하고, 계속해서 마무리 온도를 700 내지 950℃의 범위 내로 하는 조건으로 마무리 압연을 행하여 압연판으로 하는 공정과,
상기 압연판을 5 내지 90℃/s의 평균 냉각 속도로 550 내지 750℃까지 냉각하고, 이어서 15℃/s 이하의 평균 냉각 속도로 450 내지 700℃까지 냉각하고, 또한 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 250℃ 이하까지 냉각하여 열연 강판으로 하는 공정과,
상기 열연 강판을 권취하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 고강도 열연 강판의 제조 방법.
단, T1=1215+35×[Si]-70×[Al]
T2=1070+35×[Si]-70×[Al]
여기서, [Si] 및 [Al]은 각각 강편 중의 Si 농도(질량％) 및 강편 중의 Al 농도(질량％)를 나타낸다.
제4항에 있어서, 상기 강편에 대하여 조 압연을 행하는 공정에 있어서, 상기 강편의 가열 온도를 1200℃ 미만으로 하고, 상기 조 압연의 최종 온도를 960℃ 이하로 하고,
상기 조 압연재에 대하여 마무리 압연하는 공정에 있어서, 상기 마무리 온도를 700 내지 900℃로 하는 것을 특징으로 하는, 고강도 열연 강판의 제조 방법.