KR101458039B1 - 복상 조직을 형성하는 강으로부터 평판형 강 제품을 제조하는 방법 - Google Patents

복상 조직을 형성하는 강으로부터 평판형 강 제품을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고-인장강도의 평판형 강 제품이 광범위한 형상 치수로 용이하게 제조될 수 있게 하는 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명에 따르면, 복상 미세조직을 형성하고 (중량%로) C: 0.08% ~ 0.11%, Mn: 1.00% ~ 1.30%, P: ≤ 0.030%, S: ≤ 0.004%, Si: 0.60% ~ 0.80%, Al: ≤ 0.05%, N: ≤ 0.0060%, Cr: 0.30% ~ 0.80%, Ti: 0.060% ~ 0.120%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 강을 두께 1mm ~ 4mm의 주조 스트립으로 주조하고, 주조 스트립을 인-라인 연속 공정으로 900℃ 내지 1100℃ 범위의 최종 열연 온도에서 두께 0.5mm ~ 3.2mm의 열연 스트립으로 열연하되, 변형도를 20%보다 크게 하고, 열연 스트립을 550℃부터 620℃까지의 범위의 권취 온도에서 권취하여, 10%의 최소 파단 연신율(A80)에서 최소 인장 강도(Rm)가 800MPa인 열연 스트립을 얻는다.
복상 강, 열연 스트립, 최종 열연 온도, 권취 온도, 인장 강도, 파단 연신율

Description

복상 조직을 형성하는 강으로부터 평판형 강 제품을 제조하는 방법{METHOD FOR MANUFACTURING FLAT STEEL PRODUCTS FROM A STEEL FORMING A COMPLEX PHASE STRUCTURE}
본 발명은 고(高)-인장강도의 복상(complex phase, CP) 강으로부터 스트립 또는 시트 금속 소재와 같은 평판형 강 제품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 그러한 CP 강은 다상(multi-phase) 강의 그룹에 속한다. 이는 미세조직의 상들의 형태, 양 및 배열에 의해 물성이 결정되는 강과 관련이 있다. 따라서, 미세조직 내에 적어도 2상(예를 들면, 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트)이 존재한다. 그 결과, 다상 강은 종래의 강에 비하여 강도/성형성의 조합이 우수하다.
다상 강은 강도가 높기 때문에 한편으로는 더 작은 재료 두께의 사용을 가능하게 함과 동시에 결과적으로 차량 중량의 감소를 가능하게 하고, 다른 한편으로는 충돌 시에 차량 본체의 안전성(충돌 거동)을 향상시키므로, 이러한 특별한 특성에 의해 특히 자동차 구조용으로 상당한 주목을 받고 있다. 따라서, 본체 전체의 강도가 적어도 동일한 다상 강은 종래의 강으로 제조된 본체에 비하여 그와 같은 다상 강으로 제조된 구성품의 시트 금속 두께의 감소를 가능하게 한다.
일반적으로, 다상 강은 전로 제강소(converter steel mill)에서 용해되고 연 속 주조기에서 슬라브 또는 박슬라브(thin slab)로 주조되고, 그 후에 열연 스트립으로 열연되고 권취된다. 이 경우에, 열연 스트립의 기계적 성질은, 특정 미세조직 분율의 조정을 목적으로 하는 열연 후의 열연 스트립의 선택적인 제어 냉각(controlled cooling)에 의해 변화할 수 있다. 열연 스트립은 냉연 스트립으로 냉연되어 더 얇은 시트 금속 두께가 얻어질 수도 있다(유럽 특허공보 제EP 0 910 675 B1호, 제EP 0 966 547 B1호, 제EP 1 169 486 B1호, 제EP 1 319 725 B1호 및 유럽 공개특허공보 제EP 1 398 390 A1호).
이러한 제조 공정은 특히 포정 반응으로 응고하는 주조 조성과 관련하여 문제를 일으킨다. 이러한 강종(steel grade)의 경우에, 연속 주조 중에 종방향 균열이 발생할 위험이 있다. 그러한 종방향 균열의 발생은 슬라브 또는 박슬라브로부터 제조된 열연 스트립의 품질을 심하게 저하시켜, 열연 스트립의 사용이 불가능할 수도 있다. 이러한 위험을 방지하기 위해서는, 증가된 화염 처리(flame treatment)와 같은 다양한 대책이 필요한데, 이는 그러한 강종의 가공(conversion)을 비경제적이 되게 할 수도 있다. Al 함량이 높은 강을 주조할 때에는 분체 플럭스(powdered flux)와의 반응에 의하여 원치 않는 효과가 발생할 수도 있으며, 그 결과 이러한 강으로 제조된 평판형 제품의 품질은 바람직하지 않은 영향을 받기도 한다.
인장강도가 높은 다상 강으로 평판형 제품을 제조함에 있어서 또 다른 문제점은 그러한 강의 압연 시에 높은 압연력(rolling force)이 가해져야 한다는 것이다. 이러한 요건에 의하면, 논의되고 있는 유형의 강으로 제조된 고-인장강도의 열연 스트립은, 현재 일반적으로 사용 가능한 통상의 제조 장치로는, 흔히 자동차 산 업에서 오늘날 요구되는 요건을 충분히 충족하지 않는 폭과 두께로 제조될 수 있을 뿐이다. 두께가 얇고 폭이 충분한 스트립에 대한 또 다른 필요성도 존재한다. 또한, 종래의 방법으로는, 다상 강으로 강도가 800MPa를 초과하는 냉연 스트립을 제조하는 것은 실용적으로 곤란하다는 점이 밝혀졌다.
다상 강으로 강 스트립을 제조하는 대안적인 방법이 유럽 특허공보 제EP 1 072 689 B1호(독일 특허공보 제DE 600 09 611 T2호)에 제안되어 있다. 얇은 강 스트립을 제조하기 위한 이러한 공지 방법에 따르면, 우선, (중량%로) 0.05%와 0.25%의 C, 합계 0.5% ~ 3%의 Mn, Cu 및 Ni, 합계 0.1% ~ 4%의 Si와 Al, 합계 0.1%까지의 P, Sn, As 및 Sb, 합계 0.3% 미만의 Ti, Nb, V, Zr 및 REM과 더불어, 각각이 1% 미만인 Cr, Mo 및 V, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 용강이 두께 0.5mm ~ 10mm, 특히 1mm ~ 5mm의 주조 스트립으로 주조된다. 그 후 주조 스트립은 1회 이상의 패스로 인라인으로 열연 스트립으로 열연되고, 변형도는 25% 내지 70%의 범위이다. 최종 열연 온도는 이 경우에 Ar3 온도보다 높다. 열연 종료 시에 얻어진 열연 스트립은 그 후 두 단계로 냉각된다. 이러한 냉각의 제1 단계에서, 400℃ ~ 550℃ 범위의 온도에 이를 때까지 초당 5℃ ~ 100℃의 냉각 속도가 유지된다. 그 후에 열연 스트립은 이 온도에서, 잔류 오스테나이트 양이 5%를 초과하는 강의 베이나이트 변태가 일어나게 하는 데 필요한 유지 시간 동안 유지된다. 펄라이트의 형성은 이 경우에 회피되어야 한다. 필요한 미세조직을 얻기에 충분한 유지 시간 후에, 제2 냉각 단계의 개시에 의해 변태 공정이 중단되며, 열연 스트립은 400℃ 미만의 온도 로 냉각되고 그 후에 350℃ 미만의 권취 온도에서 코일로 권취된다.
유럽 특허공보 제EP 1 072 689 B1호에 기재된 방법에서는, TRIP 특성["TRIP" = "변태 유기 소성(Transformation Induced Plasticity)"]을 가진 다상 강으로부터 간단한 방법으로 베이나이트 미세조직 분율을 가진 열연 스트립을 제조하는 것이 가능하여야 한다. 그러한 강은 비교적 강도가 높고 성형성이 양호하다. 그러나, 강도는 많은 용도에 있어서, 특히 자동차 구조의 분야에는 충분하지 못하다.
따라서 본 발명의 목적은 고-인장강도의 평판형 강 제품이 광범위한 형상 치수로 용이하게 제조될 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 전술한 종래 기술에 기초하여, 본 발명에 따라, 복상 미세조직을 형성하고 (중량%로) 0.08% ~ 0.11% C, 1.00% ~ 1.30% Mn, 0.030% 이하의 P(0% 포함), 0.004% 이하의 S(0% 포함), 0.60% ~ 0.80% Si, 0.05% 이하의 Al(0% 포함), 0.0060% 이하의 N(0% 포함), 0.30% ~ 0.80% Cr, 0.060% ~ 0.120% Ti 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 강을 두께 1mm ~ 4mm의 주조 스트립으로 주조하고, 주조 스트립을 인-라인(in-line) 연속 공정으로 900℃ 내지 1100℃ 범위의 최종 열연 온도에서 두께 0.5mm 내지 3.2mm의 열연 스트립으로 열연하되, 변형도를 20%보다 크게 하고, 열연 스트립을 550℃ 내지 620℃ 범위의 권취 온도에서 권취하여, 10%의 최소 파단 연신율(A80)에서 최소 인장 강도(Rm)가 800MPa인 열연 스트립을 얻는 평판형 강 제품 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 고-인장강도의 포정 응고 복상 강을 열연 스트립으로 가공하는 스트립 주조의 가능성을 이용한다. 주조 스트립 그 자체는 이 경우에 이미 두께가 작기 때문에, 특히 자동차 구조 분야에 요구되는 바와 같이 얇은 두께의 평판형 제품을 제조하기 위하여, 이러한 스트립의 열연 중에 비교적 낮은 변형도만이 유지되어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법으로 주조 스트립의 해당 초기 두께를 규정함으로써, 특성 분포가 최적이고 최대 두께가 1.5mm인 열연 스트립을 어떠한 문제도 없이 제조하는 것이 가능하며, 열연 스트립으로부터 예를 들면 차량의 지지 구조용 구성품이 제조될 수 있다.
열연 중의 낮은 변형도에 의하여 이에 필요한 압연력은 종래 방법에서의 슬라브 또는 박슬라브의 열연에 필요한 힘에 비하여 낮으므로, 종래 방식으로 주조된 동일한 강도와 두께의 열연 스트립의 폭보다도 실질적으로 큰 광폭의 열연 스트립이 본 발명에 따른 방법으로 아무런 문제도 없이 제조될 수 있다. 따라서 본 발명은, 본 발명에 따라 규정되고 처리되는 조성의 복상 강으로 이루어지고 1,200mm보다 큰 폭, 특히 1,600mm보다 큰 폭을 가진 고-인장강도의 열연 스트립이 신뢰적으로 제조될 수 있게 한다.
본 발명에 따라 구성된 유형의 고-인장강도 강을 가공하기 위한 본 발명에 따른 스트립 주조 공정의 적용은, 전술한 장점 이외에도, 본 방법에 특정된 공정 변수(예를 들면, 열연 최종 온도, 냉각, 권취 온도)와 특성에 의하여, 응고 거동과 관련하여 본 발명에 따라 처리되는 유형의 임계적 강 조성물을 신뢰적으로 주조하는 가능성을 제공한다. 따라서, 스트립 주조의 특징인 주조 스트립의 급속 응고에 의하여, 종래의 제조에 비하여 본 발명에 따라 제조된 열연 스트립은 단면과 길이에 걸쳐서 특성 분포와 미세조직이 특히 균일하므로 중앙 용석(centre liquation)의 발생 위험이 실질적으로 감소한다.
본 발명에 따른 방법의 다른 특별한 장점에 의하면, 본 발명에 따라 제조된 열연 스트립은, 예를 들면 유럽 특허공보 제EP 1 072 689 B1호에 기재된 열연 종료와 권취 사이에 냉각 중단의 필요에 의하여 유지되어야 하는 열연 스트립의 특별한 냉각 사이클 없이도 적어도 800MPa의 고강도를 가진다. 본 발명에 따른 방법을 실시함에 있어서, 열연은 비교적 좁은 범위로 국한된 온도 범위(temperature window) 내에서 종료되고 권취는 정밀하게 설정된 온도 범위 내에서 실시되는 것이 확보되어야 할 뿐이다. 그 사이에서는 단일-단계의 냉각이 일어난다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점에 의하면, 하나의 강 분석치(steel analysis)를 기초로 하여, 냉각 및 압연 조건을 변경함으로써, 본 발명에 따라 제조된 스트립의 기계적 물성 범위의 확장이 달성될 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 열연 스트립은 냉연 스트립으로의 후속 가공에 특히 적합하다. 따라서, 본 발명의 실용적인 한 실시 형태에서는, 열연 스트립이 자동차 본체 구성에 필요한 두께 0.5mm ~ 1.4mm 특히 0.7mm 내지 1.3mm의 냉연 스트립으로 냉연되는 구성이 제공된다. 냉연 중에 발생하는 경화를 제거하기 위하여, 냉연 스트립은 750℃ ~ 850℃의 소둔 온도에서 소둔될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 열연 스트립으로부터 이와 같이 제조된 냉연 스트립에 대해서는, 800MPa의 최소 인장 강도가 신뢰적으로 보장될 수 있다. 동시에, 냉연 스트립의 최소 파단 연신율(A50)이 10%인 것도 신뢰적으로 보장된다.
본 발명의 바람직한 다른 실시 형태에 따르면, 냉연 스트립에는 본질적으로 공지된 방식으로 금속 코팅층이 제공되며, 이 경우에 예를 들면 코팅층은 아연 코팅층일 수 있다.
이하에서 예시적인 실시 형태에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 효과를 설명하기 위하여 실시된 시험에서, 본 발명에 따라 표 1에 기재된 조성으로 구성된 2종류의 강 A와 강 B가 용해되고, 2-롤(two-roll) 주조기에서 각각 1.6mm 두께의 주조 스트립으로 주조되었다.
[표 1] (중량%의 데이터)
C Mn P S Si Al N Cr Ti
A 0.09 1.17 0.005 0.003 0.71 0.019 0.0043 0.68 0.065
B 0.09 1.16 0.006 0.003 0.71 0.017 0.0047 0.68 0.089
강 A와 강 B로부터 스트립이 주조된 직후에, 주조 스트립은 인-라인으로 최종 열연 온도(WET)에서 두께 1.25m의 열연 스트립으로 열연되었다. 그 후, 얻어진 각각의 열연 스트립은 바로 냉각 단계에서 권취 온도(HT)까지 냉각되고 권취되었다. 권취 후에, 강 A와 강 B로부터 제조된 각각의 열연 스트립은, 각 경우에 제조 중에 유지된 최종 열연 온도(WET)와 권취 온도(HT)에 따라, 표 2에 기재된 인장 강도(Rm)와 파단 연신율(A80)을 가졌다.
[표 2]
강 WET [℃] HT [℃] Rm [MPa] A80 [%]
A 1000 580 836 11.0
B 1030 615 813 11.7
강 B로부터 제조된 열연 스트립은 권취와 산세 후에 0.7mm 두께의 냉연 스트립으로 냉연되었고, 스트립의 재결정을 위하여 인-라인으로 800℃의 소둔 온도에서 소둔되었다.
이와 같이 얻어진 냉연 스트립은 파단 연신율(A50)이 15.4%이었고 인장 강도(Rm)가 838MPa이었다.

Claims (9)

  1. - 중량%로,
    C: 0.08% ~ 0.11%,
    Mn: 1.00% ~ 1.30%,
    P: ≤ 0.030%(0% 포함),
    S: ≤ 0.004%(0% 포함),
    Si: 0.60% ~ 0.80%,
    Al: ≤ 0.05%(0% 포함),
    N: ≤ 0.0060%(0% 포함),
    Cr: 0.30% ~ 0.80%,
    Ti: 0.060% ~ 0.120%,
    잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 조성의 복상 미세조직을 형성하는 강을 두께 1mm ~ 4mm의 주조 스트립으로 주조하고,
    - 주조 스트립을 인-라인 연속 공정으로 900℃ 내지 1100℃ 범위의 최종 열연 온도에서 두께 0.5mm 내지 3.2mm 범위의 열연 스트립으로 열연하되, 20%를 초과하는 변형도로 열연하고,
    - 열연 스트립을 550℃ 내지 620℃ 범위의 권취 온도에서 권취하여,
    - 10%의 최소 파단 연신율(A80)에서 최소 인장 강도(Rm)가 800MPa인 열연 스트립을 얻는 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    열연 스트립은 폭이 1,200mm보다 큰 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    열연 스트립은 두께가 최대 1.5mm인 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    열연 스트립을 두께 0.5mm ~ 1.4mm의 냉연 스트립으로 냉연하는 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    냉연 스트립을 750℃ ~ 850℃의 소둔 온도에서 소둔하는 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    냉연 스트립은 최소 인장 강도가 800MPa인 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    냉연 스트립은 최소 파단 연신율(A50)이 10%인 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    열연 스트립 또는 냉연 스트립에 금속 코팅층을 코팅하는 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    금속 코팅층은 아연 코팅층인 것을 특징으로 하는 평판형 강 제품 제조 방법.
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