KR101449228B1

KR101449228B1 - 동적 강도가 뛰어난 복상 열연강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101449228B1
Application number: KR1020127030777A
Authority: KR
Inventors: 야스아키 다나카; 도시로 도미다; 가오리 가와노
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2014-10-08
Also published as: EP2565288A4; KR20130008622A; WO2011135997A1; CN102959119B; PL2565288T3; ES2744579T3; EP2565288A1; EP2565288B8; WO2011135700A1; EP2565288B1; US10041158B2; US20130098515A1; CN102959119A

Abstract

본 발명은 중 변형 속도 영역 강도가 향상된 복상 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 복상 열연강판은 질량%로, C：0.07% ∼0.2%, Si＋Al：0.3%∼1.5%, Mn：1.0%∼3.0%, P：0.02% 이하, S：0.005% 이하, Cr：0.1%∼0.5% 및 N：0.001%∼0.008%를 함유하고, 또한, Ti：0.002%∼0.05% 및 Nb：0.002%∼0.05% 이하의 1종 또는 2종을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지고, 페라이트의 면적분율이 7%∼35%, 페라이트의 입경이 0.5㎛∼3.0㎛의 범위 및 페라이트의 나노 경도가 3.5GPa∼4.5GPa의 범위에 있으며, 페라이트 이외의 잔부인 제2상이 베이나이트 페라이트 및/또는 베이나이트와 마텐자이트를 포함하고, 제2상의 평균 나노 경도는 5GPa∼12GPa이며, 제2상은 8GPa∼12GPa의 고경질상을 조직 전체에 대한 면적분율로서 5%∼35% 함유한다.

Description

동적 강도가 뛰어난 복상 열연강판 및 그 제조 방법{HOT ROLLED DUAL PHASE STEEL SHEET HAVING EXCELLENT DYNAMIC STRENGTH, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 동적 강도, 특히 변형 속도가 30/s 이상 500/s 이하의 변형 속도 영역에서의 동적 강도(이하,「중(中)변형 속도 영역 강도」라고도 한다.)가 향상된 복상 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경보호의 관점에서, 자동차로부터의 CO₂ 배출량의 저감의 일환으로서, 자동차의 차체의 경량화가 요구되고 있다. 경량화에 의해 차체에 요구되는 강도가 저하하는 것은 허용되지 않기 때문에, 자동차용 강판의 고강도화가 진행되고 있다.

한편, 자동차의 충돌 안전성 확보에 대한 사회적 요구도 높아지고 있다. 이로 인해, 자동차용 강판에 요구되는 특성은, 단지 강도가 높을 뿐만 아니라, 주행 중에 만일 충돌했을 경우에 내충격성이 뛰어난 것, 즉 고(高)변형 속도로 변형했을 경우에 높은 변형 저항을 가지는 것이 요망되고 있으며, 이들 요망을 만족하는 강판의 개발이 검토되고 있다.

일반적으로, 강판의 동적 응력의 정적 응력에 대한 차(이하, 본 발명에 있어서,「정동차(靜動差)」라고도 한다.)는 연강에 의한 강판에서 크며, 강판 강도의 상승과 더불어 감소하는 것으로 알려져 있다. 고강도를 가지면서 정동차가 큰 복상 조직강판으로서, 저합금 TRIP강판이 예시된다.

그러한 강판의 구체적인 예로서 특허 문헌 1에는, 질량%로, C를 0.04~0.15%, Si와 Al의 한쪽 또는 양쪽을 합계로 0.3~3.0% 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 주상인 페라이트와, 3체적% 이상의 오스테나이트를 포함하는 제2상으로 이루어지는 복합 조직을 가지며, 오스테나이트상의 초기 체적율 V(0)와, 상당 변형으로 10%의 변형을 가했을 때의 오스테나이트상의 체적율 V(10)의 비V(10)/V(0)가 0.3 이상이 되는 성질을 가지는 강판에 대해, 조질 압연과 텐션 레벨러의 한쪽 또는 양쪽에 의한 예비 변형을, 소성 변형량 T를 하기식(A)에 따라 가한 후의 강판이며, (A)식에 의한 예비 변형을 가한 후, 5×10^－4~5×10^－3(s^－1)의 변형 속도로 변형했을 때의 준정적 변형 강도 σs와 5×10²~5×10³(s^－1)의 변형 속도로 변형했을 때의 동적 변형 강도 σd의 차(σd-σs)가 60MPa 이상인 것을 특징으로 하는 동적 변형 특성이 뛰어난 가공 유기 변태형 고강도 강판(TRIP강판)이 개시되어 있다.

0.5［｛(V(10)/V(0))/C｝-3］＋15≥T≥0.5［｛(V(10)/V(0))/C｝-3］…(A).

한편, 제2상이 마텐자이트를 주체로 하는 복상강판의 일례로서, 특허 문헌 2에는, 미세한 페라이트 입자로 이루어지며, 결정입경이 1.2㎛ 이하인 나노 결정립의 평균 입경 ds와, 결정입경이 1.2㎛를 넘는 마이크로 결정립의 평균 결정입경 dL을 dL/ds≥3을 만족하는, 강도와 연성 밸런스가 뛰어나고, 또한, 정동차가 170MPa 이상인 고강도 강판이 개시되어 있다. 상기 문헌에 있어서, 정동차란, 변형 속도 0.01/s에서 얻어지는 정적 변형 응력과 변형 속도 1000/s에서 인장 시험을 실시하여 얻어지는 동적 변형 응력의 차로 정의되어 있다. 그렇지만, 변형 속도가 0.01/s 초과 1000/s 미만의 중간 변형 속도 영역에서의 변형 응력에 대해, 특허 문헌 2는 아무것도 개시하고 있지 않다.

특허 문헌 3에는, 평균 입경이 3㎛ 이하인 마텐자이트와 평균 입경이 5㎛ 이하인 페라이트의 2상 조직으로 이루어지고, 정동비(靜動比)가 높은 강판이 개시되어 있다. 상기 문헌에 있어서, 정동비는 변형 속도 10^－3/s에서 얻어지는 정적 항복 응력에 대한 변형 속도 10³/s에서 얻어지는 동적 항복 응력의 비로 정의되어 있다. 그러나, 변형 속도가 0.01/s 초과 1000/s 미만의 변형 속도 영역에 있어서의 정동차에 대해서는 개시되어 있지 않다. 또, 특허 문헌 3에 개시되어 있는 강판의 정적 항복 응력은, 31.9kgf/mm²~34.7kgf/mm²로 낮다.

일본국 특허 제3958842호 공보 일본국 특허 공개 평 2006－161077호 공보 일본국 특허 공개 2004－84074호 공보

상기와 같은 종래 기술에 따른 강판에는 하기와 같은 문제점이 있다.

페라이트를 주상으로 하고, 제2상이 마텐자이트인 고강도 복상강판에서는, 성형성과 충격 흡수 특성의 양립에는 어려움이 있다.

자동차용 충돌 부재로서 사용되는 경우, 변형 속도가 30/s 이상 500/s 이하의 변형 속도 영역에서의 동적 강도, 즉 중 변형 속도 영역 강도에서의 향상이 요구된다. 그러나, 종래 기술 개발에서는, 정동차나 정동비는, 변형 속도≥500/s의 고변형 속도 영역에서 얻어지는 동적 항복 응력이나 동적 인장 강도 등의 동적 응력을, 준정적인 항복 응력이나 인장 강도 등에 의해 규정되는 정적 응력과 대비함으로써 평가되어 왔다. 이것은, 종래, 중변형 속도 영역 강도를 높이기 위한 수단은 제공되어 있지 않았기 때문이다.

그래서, 동적 강도, 특히 중변형 속도 영역 강도가 향상된 복상 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 고강도 복상강판의 동적 강도, 특히 중변형 속도 영역 강도를 높이기 위한 방법에 대해 여러 가지 검토를 실시했다. 그 결과, 이하의 지견을 얻었다.

(1) 중변형 속도 영역 강도를 높이기 위해서는, 정적 강도 및 정동차의 양자를 향상시킬 필요가 있다.

(2) 경질 마텐자이트는 정적 강도의 향상에 유효하다. 그렇지만, 경질 마텐자이트의 면적분율이 늘어나면 원하는 정동차는 얻어지지 않는다.

(3) 페라이트의 면적분율을 증가시키면 정동차는 향상한다. 그렇지만, 페라이트의 면적분율이 증가하면, 정적 강도는 저하하므로, 원하는 동적 강도는 얻어지지 않는다.

(4) 페라이트의 정적 강도를 강화하는 수단 중 한가지가 고용강화이다. 비교적 고온에서 발생하는 페라이트에는 합금 원소(예를 들어, C, Si, Mn 및 Cr)가 고용하여, 페라이트 자체의 정적 강도를 강화하는 것이 가능하다.

(5) 결정립의 미세화에 의해 정적 강도는 향상한다.

(6) 저온 변태상 중에서, 베이나이트 페라이트 및 베이나이트는 동적 강도 및 정동차의 향상에 유효하다.

(7) 베이나이트 페라이트 중 또는 베이나이트 중의 탄화물의 생성을 억제함으로써, 정동차가 더욱 향상한다.

(8) Si 및 Cr의 미량 첨가에 의해 베이나이트 페라이트 및 베이나이트 각각에 함유되는 탄화물의 생성이 억제된다.

(9) 열연 프로세스에 있어서, 마무리 압연의 패스간 시간을 제어해, 마무리 압연 후의 냉각 조건을 최적화함으로써, 페라이트의 미세화가 가능해진다.

이들 지견에 입각하여, 페라이트의 면적분율을 높여 정동차를 높이면서, 페라이트의 고용강화나 결정립의 미세화에 의해 정적 강도를 향상시키며, 또한, 제2상으로서, 정적 강도를 높이는 것이 가능한 마텐자이트 뿐만 아니라, 화학 조성의 제어에 의해 탄화물의 생성이 억제된 베이나이트 및/또는 베이나이트 페라이트도 존재시킴으로서, 정적 강도 및 정동차가 고도로 향상된 강판을 얻는 것이 가능한 것을 지득했다.

상기의 지견에 입각하여 제공되는 본 발명의 일 양태는, 질량%로, C： 0.07% 이상 0.2% 이하, Si＋Al：0.3% 이상 1.5% 이하, Mn：1.0% 이상 3.0% 이하, P：0.02% 이하, S：0.005% 이하, Cr：0.1% 이상 0.5% 이하, N：0.001% 이상 0.008% 이하를 함유하고, 또한, Ti：0.002% 이상 0.05% 이하 및 Nb：0.002% 이상 0.05% 이하의 1종 또는 2종을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지고, 페라이트의 면적분율이 7% 이상 35% 이하, 페라이트의 입경이 0.5㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 범위, 및 페라이트의 나노 경도가 3.5GPa 이상 4.5GPa 이하의 범위에 있으며, 페라이트 이외의 잔부인 제2상이 베이나이트 페라이트 및 베이나이트로부터 선택된 적어도 1개와 마텐자이트를 포함하고, 제2상의 평균 나노 경도는 5GPa 이상 12GPa 이하이며, 제2상은 8GPa 이상 12GPa 이하의 고경질상을 조직 전체에 대한 면적분율로서 5% 이상 35% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판이다.

상기의 화학 조성이, 질량%로, V：0.2% 이하, Cu：0.2% 이하, Ni：0.2 %이하 및 Mo：0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고 있어도 된다.

본 발명의 다른 일 양태는, 질량%로, C：0.07% 이상 0.2% 이하, Si＋Al：0.3% 이상 1.5% 이하, Mn：1.0% 이상 3.0% 이하, P：0.02% 이하, S：0.005% 이하, Cr：0.1% 이상 0.5% 이하, N：0.001% 이상 0.008% 이하를 함유하고, 또한, Ti：0.002% 이상 0.05% 이하 및 Nb：0.002% 이상 0.05% 이하의 1종 또는 2종을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지는 슬래브를 열간 연속 압연하여 열연강판을 제조하는 복상 열연강판의 제조 방법으로서, 다음의 공정을 구비한다：

최종 마무리 압연에 있어서, 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도에서, 패스간 시간 0.15초간 이상 2.7초간 이하로 상기 슬래브를 압연하여 강판으로 하는 것을 구비하는 마무리 압연 공정；

마무리 압연 공정에 의해 얻어진 강판을, 600℃/초 이상의 냉각 속도로 0.4초간 이내에 700℃ 이하까지 냉각하는 것을 구비하는 제1의 냉각 공정；

냉각 공정을 거친 강판을 570℃ 이상 700℃ 이하의 온도 범위에서 0.4초간 이상 유지하는 것을 구비하는 유지 공정；및

유지 공정을 거친 강판을 20℃/초 이상 120℃/초 이하의 냉각 속도로 430℃ 이하까지 냉각하는 것을 구비하는 제2의 냉각 공정.

상기의 화학 조성이, 질량%로, V：0.2% 이하, Cu：0.2% 이하, Ni：0.2% 이하 및 Mo：0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고 있어도 된다.

본 발명에 의하면, 30/s 이상 500/s 이하의 변형 속도 영역의 영역에 있어서도 정동차가 큰 고장력 열연강판을 안정적으로 제공할 수 있고, 자동차용 부재 등에 적용하면 그들 제품의 충돌 안전성을 한층 개선하는 것이 기대되는 등, 산업상, 지극히 유효한 효과를 가져온다.

도 1은 정동비 지수의 변형 속도 의존성을 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 강의 화학 조성에 있어서의 원소의 함유량을 개시한 「%」는 특별히 언급이 없는 한 「질량%」를 의미한다.

1. 금속 조직

(1) 페라이트의 함유량

페라이트는 정동차를 크게 한다. 또한, 복상 조직강에 있어서는 연성을 향상시킨다. 페라이트가 면적분율로 7% 미만에서는 원하는 정동차가 얻어지지 않는다. 한편, 페라이트량이 면적분율로 35%를 초과하면 정적 강도가 저하한다. 따라서, 페라이트의 함유량은, 면적분율로 7% 이상 35% 이하로 한다. 페라이트는 초석 페라이트인 것이 바람직하다.

또한, 면적분율의 측정은 다음과 같이 실시하는 것이 바람직하다. 대상이 되는 열연강을 압연 방향과 평행한 방향으로 절단해, 압연면으로부터 판두께 방향으로 판두께의 1/4의 깊이 중심 측의 부분(이하,「1/4 판두께부」)에 있어서의 절단면을 공지의 방법에 의해 연마하여 평가 시료를 얻는다. 얻어진 평가 시료를 SEM(주사 전자 현미경) 등에 의해 관찰하여, 시야 내의 페라이트를 특정한다. 특정된 페라이트의 면적의 총합을 시야 면적으로 나누어 페라이트의 면적분율을 구한다. 얻어진 면적분율의 수치의 신뢰성을 확보하는 관점에서, 복수의 평가 시료에서 같은 측정을 실시해 면적분율을 구하고, 얻어진 면적분율의 평균치를 그 강판의 페라이트의 함유량으로 하는 것이 바람직하다.

(2) 페라이트의 입경

정적 강도를 높이기 위해서는, 페라이트 결정립의 미세화가 필요하다. 페라이트 입경이 3.0㎛를 초과하면 원하는 강도가 얻어지지 않는다. 따라서, 페라이트 입경의 상한은 3.0㎛로 한다. 페라이트 입경은 가능한 한 미세한 것이 바람직하다. 그러나, 현실적으로는 페라이트의 입경을 안정적으로 0.5㎛ 미만으로 하는 것에는 어려움이 있고, 공업적 레벨에서는 실질적으로 불가능하다. 따라서, 페라이트 입경의 하한은 0.5㎛로 한다.

또한, 페라이트의 입경의 측정은 다음과 같이 실시하는 것이 바람직하다. 상기의 요령으로 얻어진 평가 시료를 SEM 등으로 관찰한다. 관찰 시야에 있어서의 복수의 페라이트를 임의로 선택해, 이들의 입경을 원환산 직경으로서 구하고, 그 평균치를 페라이트의 입경으로 한다. 얻어진 페라이트의 입경의 수치(원환산 직경의 평균치)의 신뢰성을 확보하는 관점에서, 한 시야 내에 있어서의 측정 수는 가능한 한 많은 것이 바람직하다. 또, 복수의 평가 시료에서 같은 측정을 실시해, 얻어진 복수의 원환산 직경의 평균치를 평균하여, 그 강판의 페라이트의 입경으로 하는 것이 바람직하다.

(3) 페라이트의 나노 경도

고강도화의 관점에서, 페라이트의 고용강화가 필요하다. 본 발명에 있어서, 페라이트의 경도는 나노 인덴테이션법을 이용해 평가하고, 베르코비치(Berkovich)형 압자로, 하중 500μN를 부가했을 때에 얻어지는 나노 경도를 지표로 한다. 페라이트의 나노 경도가 3.5GPa 이하에서는 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 한편, 페라이트의 나노 경도는 높으면 높을수록 좋지만, 합금 원소의 고용한계가 있기 때문에, 나노 경도가 4.5GPa를 초과하는 경우는 없다. 따라서, 페라이트의 나노 경도는 3.5GPa 이상, 4.5GPa 이하로 한다.

또한, 나노 경도의 측정을 나노 인덴테이션법으로 실시함에 있어서, 시료의 제작은 다음과 같이 실시하면 된다. 측정 대상이 되는 열연강판을 압연 방향과 평행한 방향으로 절단한다. 얻어진 절단면을 공지의 방법에 의해 가공층이 제거되도록 연마해 평가 시료를 얻는다. 연마는 기계 연마, 메카노 케미컬 연마 및 전해 연마를 조합하는 것이 바람직하다.

(4) 페라이트 이외의 상

페라이트 이외의 잔부의 상, 즉 제2상은 경질상으로 이루어진다. 경질상으로서 베이나이트 페라이트, 마텐자이트, 오스테나이트 등이 일반적으로 예시된다. 본 발명에 따른 강판의 제2상은, 베이나이트 페라이트 및 베이 나이트로부터 선택된 적어도 1개(이하,「베이나이트 페라이트 및/또는 베이 나이트」라고 한다.)와 마텐자이트를 포함한다.

마텐자이트는 정적 강도의 향상에 크게 기여한다. 또, 베이나이트 페라이트 및/또는 베이나이트는 동적 강도나 정동차의 향상에 크게 기여한다. 마텐자이트는 베이나이트 페라이트 및 베이나이트의 어느 것보다 경도가 높다. 제2상의 평균 경도는 이들 상의 비율로 정해진다. 이를 이용해, 제2상의 평균 나노 경도를 조절한다. 제2상의 평균 나노 경도를 5GPa 이상 12GPa 이하로 한다. 제2상의 평균 나노 경도가 5GPa 미만에서는 고강도화에 기여하지 않는다. 한편, 12GPa 초과가 되면 정동차가 저하한다.

제2상에 있어서의 주성분이 베이나이트 페라이트 및/또는 베이나이트인 것, 즉 제2상 전체에 대한 베이나이트 페라이트 및/또는 베이나이트의 면적 분율이 50% 초과가 되는 것이 바람직하고, 70% 이상이 되는 것이 보다 바람직하다. 제2상에는 그 밖에 잔류 오스테나이트가 포함되어 있어도 된다.

(5) 고경질상의 함유량 및 나노 경도

경질상으로 이루어지는 제2상에 있어서 경도가 상대적으로 높은 상(고경질상)은 정적 강도의 향상에 기여한다. 특히 나노 경도가 8GPa 이상 12GPa 이하인 상은 정적 강도의 향상에 크게 기여한다. 그래서, 본 발명에서는, 제2상에 있어서, 나노 경도가 8GPa 이상 12GPa 이하인 상을 고경질상이라고 정의한다. 이 고경질상의 함유량이 조직 전체에 대한 면적분율로 5% 미만에서는 고강도가 얻어지지 않는다. 한편, 이 고경질상은 정동차를 저하시켜, 조직 전체에 대한 면적분율로 35%를 초과해 함유시키면, 원하는 동적 강도가 얻어지지 않는다. 따라서, 고경질상의 함유량은 조직 전체에 대한 면적분율로 5% 이상 35% 이하로 한다. 또한, 제2상에 있어서 나노 경도가 8GPa 이상 12GPa 이하인 상은 주로 마텐자이트로 이루어진다. 또, 제2상에 있어서 나노 경도가 4.5GPa 초과, 8GPa미만인 상은 주로 베이나이트 페라이트로 이루어진다.

2. 강의 화학 조성

(1) C：0.07% 이상 0.2% 이하

C함유량을 적정한 범위로 제어함으로써, 페라이트, 마텐자이트, 베이나이트 페라이트 및 베이나이트의 함유량이 적절히 조정된다. 이들 조정이 적절하게 실시됨으로써, 강판에 있어서의 정적 강도 및 정동차가 적절한 범위에 확보된다. 즉, C함유량이 0.07% 미만에서는, 페라이트의 고용강화가 불충분한데다가, 베이나이트 페라이트, 마텐자이트 및 베이나이트가 얻어지지 않으므로 소정의 강도가 얻어지지 않는다. 한편, C함유량이 0.2%를 초과하면 고경질상이 과잉하게 생성되어, 정동차를 저하시킨다. 따라서, C함유량의 범위는, 0.07% 이상 0.2% 이하로 한다. C함유량의 하한은 0.10% 이상이 바람직하고, 0.12% 이상이 보다 바람직하다. C함유량의 상한은 0.18% 이하가 바람직하고, 0.16% 이하가 보다 바람직하다.

(2) Si함유량 및 Al함유량의 총합：0.3% 이상 1.5% 이하

Si함유량 및 Al함유량의 총합(본 발명에 있어서「Si＋Al」로 표시하는 경우도 있다.)은, 열연 및 열연 후의 냉각 과정에서 생성되는 변태상의 양이나 경도에 영향을 미친다. 구체적으로는, Si, Al은, 베이나이트 페라이트 및/또는 베이나이트에 함유되는 탄화물의 생성을 억제해 정동차를 향상시킨다. 또, Si는 고용강화 작용도 가진다. 상기 관점에서, Si＋Al는 0.3% 이상으로 한다. 다만, 과도하게 첨가해도 상기 효과는 포화하여, 오히려 강을 취화시킨다. 이 때문에, Si＋Al는 1.5% 이하로 한다. Si＋Al는 1.0% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또, Si함유량의 하한은 0.3% 이상이 바람직하고, Si함유량의 상한은 0.7% 이하가 바람직하다. Al함유량의 하한은 0.03% 이상이 바람직하고, Al함유량의 상한은 0.7% 이하가 바람직하다.

(3) Mn：1.0% 이상 3.0% 이하

Mn은 강의 변태 거동에 영향을 미친다. 따라서, Mn함유량을 제어함으로써, 열연 및 열연 후의 냉각 과정에서 생성하는 변태상의 양이나 경도가 제어된다. 즉, Mn함유량이 1.0% 미만에서는, 베이나이트 페라이트상이나 마텐자이트상의 생성량이 적고, 원하는 강도와 정동차가 얻어지지 않는다. 3.0%를 초과해 첨가하면, 마텐자이트상의 양이 과잉이 되어, 오히려 동적 강도가 저하한다. 따라서, Mn함유량의 범위는, 1.0% 이상, 3.0% 이하로 한다. Mn함유량의 하한은 1.5% 이상이 바람직하다. Mn함유량의 상한은 2.5% 이하가 바람직하다.

(4) P：0.02% 이하, S：0.005% 이하

P, S는 불가피적 불순물로서 강중에 존재한다. P함유량 및 S함유량이 많으면 고속 변형하에서 취성 파괴가 발생할 수 있다. 이를 억제하기 위해, P함유량을 0.02% 이하로, S함유량을 0.005% 이하로 제한한다.

(5) Cr：0.1% 이상 0.5% 이하

Cr함유량은 열연 및 열연 후의 냉각 과정에서 생성하는 변태상의 양이나 경도에 영향을 미친다. 구체적으로는, Cr은, 베이나이트 페라이트량을 확보하는데 유효한 작용이 있다. 또, 베이나이트 페라이트 중의 탄화물의 석출을 억제한다. 또, Cr자체가 고용강화 작용을 가진다. 이로 인해, Cr의 함유량이 0.1% 미만에서는, 원하는 강도가 얻어지지 않는다. 한편, 0.5%를 초과해 함유시켜도 상기 효과는 포화하여, 오히려 페라이트 변태를 억제한다. 따라서, Cr함유량은 0.1% 이상 0.5% 이하로 한다.

(6) N：0.001% 이상 0.008% 이하

N은 Ti 및 Nb와 질화물을 생성해, 결정립의 조대화를 억제한다. N의 함유량이 0.001% 미만에서는, 슬래브 가열시에 결정립의 조대화가 발생해, 열간 압연 후의 조직도 조대화 한다. 한편, N의 함유량이 0.008%를 초과하면, 조대한 질화물이 생성되기 때문에, 연성에 악영향을 미친다. 따라서, N량의 함유량은, 0.001% 이상 0.008% 이하로 한다.

(7) Ti：0.002% 이상 0.05% 이하

Ti는 질화물 및 탄화물을 형성한다. 후술하는 Nb도 마찬가지로 질화물 및 탄화물을 형성한다. 이때문에, Nb 및 Ti로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유시킨다. 생성된 TiN은, 결정립의 조대화 방지에 유효하다. 또 TiC는 정적 강도를 향상시킨다. 그러나, Ti의 함유량이 0.002% 미만에서는 상기의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 0.05%를 초과해 Ti를 함유시키면 조대한 질화물이 생성되어 연성이 저하하는데다가, 페라이트 변태를 억제한다. 따라서, Ti를 함유시키는 경우에는, 그 함유량은 0.002% 이상 0.05% 이하로 한다.

(8) Nb：0.002% 이상 0.05% 이하

Nb는 Ti와 마찬가지로 질화물 및 탄화물을 형성한다. 형성된 질화물은 Ti질화물과 마찬가지로, 오스테나이트상의 결정립의 조대화 방지에 유효하다. 또한, Nb탄화물은, 페라이트상의 결정립의 조대화 방지나 정적 강도의 향상에 기여한다. 또한, 고용된 Nb도 정적 강도의 향상에 기여한다. 그러나, 0.002% 미만에서는 상기의 효과가 얻어지지 않는다. 0.05%를 초과해 첨가하면 페라이트 변태를 억제한다. 따라서, Nb를 첨가하는 경우에는, 그 함유량은 0.002% 이상 0.05% 이하로 한다. Nb를 첨가하는 경우의 Nb함유량의 하한은 0.004% 이상이 바람직하다. Nb함유량의 상한은 0.02% 이하가 바람직하다.

(9) V：0.2% 이하

V의 탄질화물은, 저온 오스테나이트역에서 오스테나이트상의 결정립의 조대화 방지에 유효하다. 또한, V의 탄질화물은, 페라이트상의 결정립의 조대화 방지에 기여한다. 따라서, 본 발명에 따른 강판은, V를 필요에 따라 함유한다. 그렇지만, 함유량이 0.01% 미만에서는 상기의 효과가 안정적으로 얻어지지 않는다. 한편, 0.2%를 초과해 첨가하면, 석출물이 증가해, 정동차가 작아진다. 따라서, V를 첨가하는 경우에는, 그 함유량은 0.01% 이상 0.2% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.02% 이상 0.1% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. V함유량의 하한은 0.02% 이상이 보다 바람직하다. V함유량의 상한은 0.1% 이하가 보다 바람직하다.

(10) Cu：0.2% 이하

Cu는, 석출강화나 고용강화에 의해 강판의 강도를 한층 향상시키는 작용을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 강판은 Cu를 필요에 따라 함유해도 된다. 그렇지만, 0.2%를 초과해 Cu를 첨가하면 가공성의 저하가 현저해진다. 또, 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서 Cu함유량을 0.02% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, Cu를 첨가하는 경우에는 그 함유량을 0.2% 이하로 해야만 하며, 0.02% 이상 0.2% 이하로 하는 것이 바람직하다.

(11) Ni：0.2% 이하

Ni도 석출강화나 고용강화에 의해 강판의 강도를 한층 향상시키는 작용을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 강판은, Ni를 필요에 따라 함유해도 된다. 그렇지만, 0.2%를 초과해 Ni를 첨가하면 가공성의 저하가 현저해진다. 또, 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서 Ni함유량을 0.02% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, Ni를 첨가하는 경우에는 그 함유량을 0.2% 이하로 해야만 하며, 0.02% 이상 0.2% 이하로 하는 것이 바람직하다.

(12) Mo：0.5% 이하

Mo는, 탄화물 또는 질화물로서 석출되어, 강판의 강도를 높이는 작용을 가진다. 또, 이들 석출물은, 오스테나이트나 페라이트의 조대화를 억제해, 페라이트 결정립의 미세화를 촉진하는 작용도 가진다. 또한, 고온의 열처리를 실시하는 경우에는 입자성장을 억제하는 작용도 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 강판은, Mo를 필요에 따라 함유해도 된다. 그렇지만, 0.5%를 초과해 Mo를 첨가하면, 열간 압연에 제공하기 전의 단계에 있어서 조대한 탄화물 또는 질화물이 강 중에 다량으로 석출되어 버려, 열연강판의 가공성의 열화를 초래한다. 또, 다량의 탄화물이나 질화물의 석출에 의해 변형 시효 경화 특성이 저하한다. 또한, 상기의 효과를 안정적으로 얻는 관점에서 Mo함유량을 0.02% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, Mo를 첨가하는 경우에는 그 함유량을 0.5% 이하로 해야만 하며, 0.02% 이상 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.

3. 제조 방법

본 발명에 따른 열연강판은, 상기의 금속 조직과 화학 조성을 가짐으로써, 높은 정적 강도뿐만 아니라 뛰어난 정동차를 넓은 범위의 변형 속도 영역에 걸쳐서 안정적으로 얻는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 열연강판의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 이하의 압연 조건을 가지는 열간 압연 공정을 구비하는 제조 방법을 채용함으로써, 본 발명에 따른 열연강판을 안정적으로 제조하는 것이 달성된다.

본 발명에 따른 제조 방법은 다음의 공정을 구비한다：

최종 마무리 압연에 있어서, 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도에서, 패스간 시간 0.15초간 이상 2.7초간 이하로 상기 슬래브를 압연하여 강판으로 하는 것을 구비하는 마무리 압연 공정,

마무리 압연 공정에 의해 얻어진 강판을, 600℃/초 이상의 냉각 속도로 0.4초간 이내에 700℃ 이하까지 냉각하는 것을 구비하는 제1의 냉각 공정,

냉각 공정을 거친 강판을 570℃ 이상 700℃ 이하의 온도 범위에서 0.4초간 이상 유지하는 것을 구비하는 유지 공정 및

본 발명에 따른 열연강판의 제조 방법은, 열간에서의 다패스 압연시의 가공 열처리에 의해 세립 조직을 얻는다. 마무리 압연 공정에서의 최종 마무리 압연의 온도·패스간 시간을 조정해, 제1의 냉각 공정에 있어서, 0.4초간 이내에 600℃/초 이상의 냉각 속도로 급속 급냉함으로써 오스테나이트의 재결정을 억제해 페라이트 입경이 3.0㎛ 이하가 되는 세립 조직이 얻어진다.

유지 공정에서는 페라이트 변태 온도역에서의 유지가 실시되기 때문에, 상기의 공정에 의해 생성된 가공 오스테나이트로부터 페라이트 변태가 행해진다. 페라이트 변태에 필요한 온도는 570~700℃이며, 그 시간은 0.4초간 이상이다.

그 후, 제2의 냉각 공정을 실시함으로써, 페라이트 변태하지 않았던 잔부를 베이나이트 페라이트 및/또는 베이나이트와 마텐자이트로 이루어지는 복상으로 변태시킨다. 구체적으로는, 20℃/초 이상 120℃/초 이하의 냉각 속도로 430℃ 이하까지 냉각한다. 바람직하게는 50℃/초 이상 100℃/초 미만의 냉각 속도로 300℃ 이하까지 냉각한다.

4. 기계 특성

이상과 같이 얻어진 열연강판은, 뛰어난 동적 강도 특성을 가진다. 구체적으로는 변형 속도가 30/초 이상의 변형 속도 영역에서 뛰어난 동적 강도 특성을 가진다. 일부의 열연 강판에서는 10/초 이상의 변형 속도 영역에서 뛰어난 동적 강도 특성을 가진다.

본 발명에서는, 동적 강도는, 하기(1)식에 나타낸 강판의 정동비와 변형 속도의 관계로부터 평가된다.

[수 1]

여기서, σ₀는 정적 인장 강도(MPa), σ는 각 변형 속도에 있어서의 인장 강도(MPa),

는 변형 속도(/초)이다.

또한, (1)식은 재료 강도의 변형 속도 의존성을 고려하기 위한 대표적인 모델인 Cowper－Symonds 모델의 구성식((2)식)에 대해, 동적 인장 강도 및 정적 인장 강도에 대해서도 (3)식에 유사한 관계가 성립하는 것을 지견해, (3)식처럼 (2)식을 정리한 후에 상수를 결정한 것이다.

[수 2]

여기서, σ_d는 동적 항복 응력, σ_s는 정적 항복 응력,

는 변형 속도, D, p는 재료 고유의 상수이다.

(1)식 좌변은 정동비(σ/σ₀)를 지수화한 것(이하,「정동비 지수」라고 한다.) 이며, 정동비(σ/σ₀)가 클수록, 정동비 지수도 커진다. 일반적으로 변형 속도가 커지면 정동비는 높아지고, 정동비의 증대에 따라 정동비 지수도 커진다. 정동비 지수와 변형 속도의 관계를 조사한 결과, 정동비가 높은 강판은 변형 속도의 증가에 대해서 정동비 지수의 증가율이 큰 것이 판명되었다.

그래서 발명자들은 이에 주목해 양자의 관계를 상세히 조사했다. 그 결과, (1)식을 만족하는 강판은, 자동차의 주행 중의 충돌을 가상했을 경우에 대응하는 변형 속도 30/초 이상의 변형 속도 영역, 혹은 일부의 열연강판에서는 또한 저변형 속도측을 포함하는 변형 속도 10/초 이상의 변형 속도 영역에서 높은 정동비를 가지는 강판이라고 판별할 수 있음을 알았다.

상기의 지견에 입각해, 본 발명에 있어서, 정동차가 큰 열연강판인지 아닌지의 판별은, (1)식을 이용하여 실시했다. 즉, 본 발명에 따른 열연강판은 (1)식을 변형 속도가 30/초 이상인 변형 속도 영역에 있어서 만족하는 열연강판이다.

[실시예]

표 1에 나타낸 화학 성분을 가지는 강종 A~J로 이루어지는 슬래브(두께 35mm, 폭 160~250mm, 길이 70~90mm)를 이용해 실험을 실시했다. 강종 A~C, E, F, H~J는 본 발명에 따른 상기의 화학 조성의 범위 내에 있는 화학 조성을 가지는 강이다. 강 D, G는 본 발명에 따른 상기의 화학 조성의 범위 외에 있는 화학 조성을 가지는 강이다.

[표 1]

어느 강이나 150kg을 진공 용제 후, 노내 온도 1250℃로 가열한 후, 900℃ 이상의 온도로 열간 단조를 실시하여 슬래브로 했다. 어느 슬래브나 1250℃로 1시간 이내의 재가열 후, 4 패스의 조(粗) 압연을 거친 후, 3 패스의 마무리 압연을 실시했다. 열간 압연 후의 샘플 강판의 두께는 1.6~2.0mm였다. 열간 압연 및 냉각 조건은 표 2에 기재한다.

[표 2]

시험 번호 1, 2, 5~9, 12~14의 강판은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조한 것이다. 시험 번호 3의 강판의 제조 방법에서는, 마무리 압연 공정과 제1 및 제2의 냉각 공정이 본 발명에 따른 조건으로는 실시되지 않았다.

시험 번호 4의 강판의 제조 방법에서는, 압연 종료 후 700℃ 이하로 냉각될 때까지의 시간 및 제2의 냉각 공정이 본 발명에 따른 조건으로는 실시되지 않았다.

시험 번호 10의 강판의 제조 방법에서는, 압연 종료 후 700℃ 이하로 냉각될 때까지의 시간 및 제2의 냉각 공정이 본 발명에 따른 조건으로는 실시되지 않았다.

시험 번호 11의 강판의 제조 방법에서는, 압연 종료 후 700℃ 이하로 냉각될 때까지의 시간 및 제1의 냉각 공정 이후의 공정이 본 발명에 따른 조건으로는 실시되지 않았다.

상기의 제조 방법에 의해 얻어진 샘플 강판의 금속 조직의 평가 결과나 정적 인장 강도 및 정동비의 평가 결과를 표 3에 기재한다. 각 평가방법은 이하와 같다.

[표 3]

또한, 표 1부터 3에 있어서의 밑줄을 그은 수치 및 제 2 상의 조직 구성은, 본 발명의 범위 외인 것을 나타내고 있다.

각 상의 함유 비율 및 나노 경도의 평가는, 샘플 강판의 압연 방향에 평행한 단면에 있어서의, 1/4 판두께부에 대해, 각각 하기의 같은 측정을 행함으로써 실시했다.

페라이트 및 경질상의 나노 경도는, 나노 인덴테이션법에 의해 구했다. 이용한 나노 인덴테이션 장치는 Hysitron사 제조［Triboscope］였다. 샘플 강판의 1/4 판두께부의 단면을 에머리지로 연마 후, 콜로이달 실리카로 메카노 케미컬 연마를 실시하고, 또한 전해 연마함으로써 가공층이 제거된 단면을 얻었다. 이 단면을 시험에 제공했다. 나노 인덴테이션은 선단 각도가 90°인 Berkoｖich(베르코비치)형 압자를 이용하여, 실온, 대기 분위기하에서, 압입 하중 500μN으로 실시했다. 각 상에 대해, 랜덤으로 20점을 측정해, 각각 최소 나노 경도, 최대 나노 경도 및 평균치를 구했다.

페라이트의 면적분율 및 입경은, 주사 전자 현미경을 이용해 1/4 판 두께부의 단면을 배율 3000배로 관찰하여, 얻어진 2 차원 화상으로부터 구했다. 구체적으로는, 얻어진 화상 내에 있어서의 페라이트를 특정하고, 그들의 면적을 측정해, 페라이트에 의한 면적의 총합을 화상 전체의 면적으로 나누어 면적분율로 했다. 또, 특정된 페라이트는 개별적으로 화상 해석을 실시해, 원환산 직경을 구하고 그들의 평균치를 페라이트의 입경으로 했다.

나노 경도가 8~12GPa인 고경질상의 면적분율은 이하와 같이 해서 구했다.

임의로 추출한 10㎛×10㎛의 범위 내를 나노 인덴테이션 장치가 가진 원자간력 현미경으로 관찰해, 2 차원 화상을 얻었다. 얻어진 2 차원 화상에서 보여지는 결정의 콘트라스트의 상이에 의해 그 결정이 페라이트인지 제2상인지는 식별 가능하므로, 얻어진 화상에 기초해, 제2상인 결정을 특정했다. 제2상이라고 특정된 모든 결정에 대해, 나노 인덴테이션으로 경도를 측정했다. 측정된 결정 가운데, 나노 경도가 8~12GPa인 것을 고경질상이라고 판정했다. 고경질상이라고 판정된 결정의 면적의 총합으로부터 고경질상의 면적분율을 구했다.

정적 인장 강도 및 동적 강도는 검력 블록식 재료 시험기를 이용해 측정했다. 시험편의 사이즈는, 게이지 폭 2mm, 게이지 길이 4.8mm이다. 정적 인장 강도는, 변형 속도 0.001/s 일 때의 인장 강도, 즉 준정적 강도로부터 구했다. 또한 변형 속도를 0.001/s~1000/s의 범위에서 변화시켜 인장 시험을 실시해, 정동비 지수의 변형 속도 의존성을 구하는, 동적 강도를 평가했다. 판단 기준은 다음과 같다. 즉, 30/s 이상의 변형 속도 영역에서 상기 식(1)을 만족하는 경우에 동적 강도 특성이 뛰어나다고 판정하고, 10/s 이상의 변형 속도 영역에서 상기 식(1)을 만족하는 경우에는 동적 강도 특성이 특히 뛰어나다고 판정했다.

도 1에 각 샘플 강판에서 얻어진 정동비 지수와 변형 속도의 관계를 나타낸다. 시험 번호 3, 4, 10 및 11의 강판에서는 30/s 이상의 변형 속도 영역에서 (1) 식을 만족하지 않는다. 따라서, 이들 강판은 뛰어난 동적 강도 특성을 가지지 않는다고 판정되었다.

한편, 1, 2, 5~9, 12~14의 강판은, 극저변형 속도측에서 정동비 지수가 (1) 식을 만족하지는 않지만, 10~30/s의 변형 속도 영역에 변곡점을 가지고, 정동비 지수는 급격하게 증가한다. 이들 강판은 모두 30/s 이상의 변형 속도 영역에서 (1)식을 만족하므로, 뛰어난 동적 강도 특성을 가진다고 판정되었다. 이러한 강판은 자동차용 충돌 부재로서 바람직하게 사용된다. 특히 시험 번호 1, 5 및 9의 강판은 보다 낮은 변형 속도인 10/s 이상의 변형 속도에서도 (1)식을 만족하므로, 특히 뛰어난 동적 강도 특성을 가진다고 판정되었다. 이러한 강판은 자동차용 충돌 부재로서 특히 바람직하게 사용된다.

Claims

질량%로,
C：0.07% 이상 0.2% 이하,
Si＋Al：0.3% 이상 1.5% 이하,
Mn：1.0% 이상 3.0% 이하,
P：0.02% 이하,
S：0.005% 이하,
Cr：0.1% 이상 0.5% 이하,
N：0.001% 이상 0.008% 이하
를 함유하고,
Ti：0.002% 이상 0.05% 이하 및 Nb：0.002% 이상 0.05% 이하의 1종 또는 2종을 더 함유하며,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지고,
페라이트의 면적분율이 7% 이상 35% 이하, 페라이트의 입경이 0.5㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 범위, 및 페라이트의 나노 경도가 3.5GPa 이상 4.5GPa 이하의 범위에 있으며,
페라이트 이외의 잔부인 제2상이 베이나이트 페라이트 및 베이나이트로부터 선택된 적어도 1개와 마텐자이트를 포함하고, 제2상의 평균 나노 경도는 5GPa 이상 12GPa 이하이며,
제2상은 8GPa 이상 12GPa 이하의 고경질상을 조직 전체에 대한 면적분율로서 5% 이상 35% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판.
청구항 1에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로,
V：0.2% 이하
를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로, Cu：0.2% 이하, Ni：0.2% 이하 및 Mo：0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판.
질량%로,
C：0.07% 이상 0.2% 이하,
Si＋Al：0.3% 이상 1.5% 이하,
Mn：1.0% 이상 3.0% 이하,
P：0.02% 이하,
S：0.005% 이하,
Cr：0.1% 이상 0.5% 이하,
N：0.001% 이상 0.008% 이하
를 함유하고,
Ti：0.002% 이상 0.05% 이하 및 Nb：0.002% 이상 0.05% 이하의 1종 또는 2종을 더 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지는 슬래브를 열간 연속 압연하여 열연강판을 제조하는, 페라이트의 면적분율이 7% 이상 35% 이하, 페라이트의 입경이 0.5㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 범위, 및 페라이트의 나노 경도가 3.5GPa 이상 4.5GPa 이하의 범위이고, 페라이트 이외의 잔부인 제2상이 베이나이트 페라이트 및 베이나이트로부터 선택된 적어도 1개와 마텐자이트를 포함하고, 제2상의 평균 나노 경도는 5GPa 이상 12GPa 이하이며, 제2상은 8GPa 이상 12GPa 이하의 고경질상을 조직 전체에 대한 면적분율로서 5% 이상 35% 이하 함유하는 복상 열연강판의 제조 방법으로서, 다음의 공정：
최종 마무리 압연에 있어서, 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도에서, 패스간 시간 0.15초간 이상 2.7초간 이하로 상기 슬래브를 압연하여 강판으로 하는 것을 구비하는 마무리 압연 공정；
마무리 압연 공정에 의해 얻어진 강판을, 600℃/초 이상의 냉각 속도로 0. 4초간 이내에 700℃ 이하까지 냉각하는 것을 구비하는 제1의 냉각 공정；
냉각 공정을 거친 강판을 570℃ 이상 700℃ 이하의 온도 범위에서 0.4초간 이상 유지하는 것을 구비하는 유지 공정; 및
유지 공정을 거친 강판을 20℃/초 이상 120℃/초 이하의 냉각 속도로 430℃ 이하까지 냉각하는 것을 구비하는 제2의 냉각 공정을 구비하는 복상 열연강판의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로,
V：0. 2%이하
를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판의 제조 방법.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로, Cu：0.2% 이하, Ni：0.2% 이하 및 Mo：0.5% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로, Ti:0.010% 이상 0.05% 이하, Nb:0.008% 이상 0.05% 이하, V:0.02% 이상 0.2% 이하 및 Mo:0.02% 이상 0.5% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판.
청구항 4에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로, Ti:0.010% 이상 0.05% 이하, Nb:0.008% 이상 0.05% 이하, V:0.02% 이상 0.2% 이하 및 Mo:0.02% 이상 0.5% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 복상 열연강판의 제조 방법.