KR101497427B1 - 열연 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

재질 균일성이 우수하고, 또한 590㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 냉연 강판용 또는 용융 아연 도금 강판용으로 제공하기 적합한, 열연 강판에 대해서 제공한다.
화학 성분은, 질량％로, C: 0.060∼0.150％, Si: 0.15∼0.70％, Mn: 1.00 ∼1.90％, P: 0.10％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 0.01∼0.10％, N: 0.010％ 이하 및 Nb: 0.010∼0.100％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
미크로 조직은, 평균 결정 입경: 18㎛ 이하의 페라이트를 체적분율로 75％ 이상, 평균 결정 입경: 2㎛ 이상의 펄라이트를 체적분율로 5％ 이상 포함하고, 잔부는 저온 생성상으로 이루어지는 복합 조직으로 하고, 또한, 펄라이트의 평균 자유 행정을 5.0㎛ 이상으로 한다.

Description

열연 강판 및 그의 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 예를 들면 자동차 산업의 분야에서 사용되는 부재로서 적합한, 특히 재질 균일성이 우수하고 또한 항복비(yield ratio)가 높은 냉연 강판용 또는 용융 아연 도금 강판용의 열연 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 항복비(YR)는, 인장 강도(TS)에 대한 항복 강도(YS)의 비를 나타내는 값으로, YR＝YS/TS로 나타난다.
최근, 지구 환경의 보호 의식의 고양으로부터, 자동차의 CO2 배출량 삭감을 향한 연비 개선이 강하게 요구되고 있다. 이에 수반하여, 차체 재료의 고강도화에서의 박육화(reduction of sheet thickness)를 도모하여, 차체를 경량화하고자 하는 움직임이 활발해지고 있으며, 프레스 가공하여 제조되는 부품에 이용되는 냉연 강판 및 용융 아연 도금 강판에는, TS가 590㎫ 이상의 고강도 강판이 많이 이용되고 있다. 또한, 자동차에 요구되는 충돌 안전성을 확보하기 위해, 충돌 흡수 에너지 특성이 큰 바와 같은 특성이 요구되고 있다. 이 충돌 흡수 에너지 특성을 향상시키기 위해서는, 항복비를 높이는 것이 유효하고, 항복비가 높아지면, 낮은 변형량이라도 효율 좋게 충돌 에너지를 흡수시키는 것이 가능하다.
한편, 강판의 고강도화, 박육화에 의해 형상 동결성은 현저하게 저하되기 때문에, 프레스 성형시에, 이형(separation from mold) 후의 프레스 부품의 형상 변화를 미리 예측하고, 형상 변화량을 예상하여 프레스 금형을 설계하는 것이 널리 행해지고 있다. 여기에서, 강판의 인장 강도가 현저하게 변화하면, 이들을 일정한 예상량으로부터의 어긋남이 커져, 형상 불량이 발생하고, 프레스 성형 후에 각각의 형상을 판금 가공하는 등의 수정이 불가결해져, 양산 효율을 현저하게 저하시킨다. 이 때문에, 냉연 강판 및 용융 아연 도금 강판의 강도의 불균일을 가능한 한 작게 하는 것, 즉 재질 균일성이 우수하다는 것이 요구되고 있다.
여기에서, 590㎫ 이상의 인장 강도를 얻기 위한 강판의 강화 기구로서는, 모상(matrix phase)인 페라이트의 경화, 또는 마르텐사이트와 같은 경질상(hard phase)을 이용하는 방법이 있다. 상기 중에서, Nb 등 탄화물 생성 원소를 첨가한 석출 강화형의 고강도 강판은, 고(高)항복비를 얻기 쉽고, 또한, 소정의 강도를 확보하기 위해 필요한 합금 원소가 소량으로 충분하기 때문에, 염가로 제조 가능하다.
예를 들면, 590㎫ 이상의 고강도 박(薄;thin)강판에 대해서, 특허문헌 1에는, Nb 및 Ti 첨가에 의해 석출 강화하고, 신장 플랜지 성형성(stretch flange formability)과 충돌 흡수 에너지 특성이 우수한 고강도 냉연 강판을 제공하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, Nb 및 Ti 첨가에 의해 석출 강화한, 강판 조직이 재결정 페라이트, 미재결정 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 고강도 냉연 강판이 개시되어 있다.
또한, 고강도의 냉연 강판은, 열연 강판의 강판 조직이나 석출량의 영향이 커, 열연 강판에 있어서의 고강도화가 유리하고, 이 열연 강판에 대해서, 특허문헌 3에는, Nb 및 Ti의 함유량을 조정함으로써, 고연성(excellent ductility)을 갖고, 또한 재질 균일성이 우수한 열연 강판을 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 또한 특허문헌 4에는, Ti 함유량을 조정함으로써, 재질 균일성 및 구멍 확장성(hole expansion formability)이 개선된 열연 강판이 개시되어 있다.
일본공개특허공보 제2008-174776호 일본공개특허공보 제2008-156680호 일본특허공보 제3767132호 일본공개특허공보 제2000-212687호
그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 강판 중의 Al 함유량이 0.010％ 미만이기 때문에, 강의 탈산과 N의 석출 고정을 충분히 행할 수 없어, 건전한 강( steel)을 양산하는 것은 곤란하고, 게다가 O를 함유하여 산화물을 분산시키고 있기 때문에, 재질 불균일이 커진다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 기술은, 미재결정 페라이트를 균일하게 분산시켜 연성의 저하를 억제하고 있지만, 재질 균일성에 대해서는 고려되어 있지 않다. 또한, 전술의 특허문헌 1 및 2에 개시된 기술에서는, 열간 압연 단계에서의 조직 제어는 고려되어 있지 않으며, 또한 냉간 압연 후의 조직 제어에 의해, 연성의 향상 및 폭방향의 연성 불균일의 축소화를 도모하고 있다.
또한, 특허문헌 3 및 4에는, 고연성 또는 구멍 확장성이 우수한 열연 강판의 제조 방법이 제시되어 있으며, 냉연 강판을 제조하기 위한 열연 소재 및 용융 아연 도금을 제조하기 위한 열연 소재로서는 고려되어 있지 않다. 그 때문에, 어닐링 후에 재질 균일성이 우수한 냉연 강판용 열연 강판, 용융 아연 도금 강판용 열연 강판의 개발이 과제가 된다.
따라서, 본 발명의 과제는, 상기 종래 기술의 문제점을 해소하고, 재질 균일성이 우수하고, 또한 590㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 냉연 강판용 또는 용융 아연 도금 강판용으로 제공하기 적합한, 열연 강판 및 그의 제조 방법에 대해서 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 재질 균일성이 우수하고, 또한 고항복비를 갖는 냉연 강판용 또는 용융 아연 도금 강판용의 열연 강판을 얻기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 점을 발견했다. 즉, 연속 주조 후의 강슬래브를 600℃까지 6h 이내로 냉각함으로써, 슬래브 내의 편석을 최소한으로 억제함과 함께 열간 압연 전의 결정립(crystal grains)을 미세화시키고, 그 후, 열간 압연 공정에서, 마무리 압연 종료 온도에서 권취 온도(coiling temperature)까지의 열이력, 특히 냉각 속도를 제어하여, 강판의 조직을 페라이트 및 펄라이트를 주체로 하는 조직으로 함과 함께, Nb의 첨가에 수반하는 재결정 지연 효과를 이용함으로써, 열연 강판의 페라이트 및 펄라이트의 결정립을 미세화하고, 또한, 강판 조직의 체적분율 및 펄라이트의 분산 상태를 제어함으로써, 열연 강판의 재질 불균일을 저감할 수 있음과 함께, 그 후의 어닐링 후의 냉연 강판 및 용융 아연 도금 강판의 강도 확보와 재질 불균일의 협소화를 도모할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 그 후의 어닐링 후의 냉연 강판 및 용융 아연 도금 강판에서는, Nb 탄질화물의 석출 강화의 활용에 의한 강도 확보, 항복비의 향상, 또한, 구성상의 면적률을 적정하게 제어함으로써, 재질 균일성의 향상을 도모할 수 있었다. 이상의 점에서, 재질 균일성이 우수한 고항복비를 갖는 냉연 강판용 열연 강판 및 용융 아연 도금 강판용 열연 강판의 창제(創製)가 가능해졌다.
본 발명은, 이상의 인식에 기초하여 이루어진 것으로서, 그 구성은 다음과 같다.
(1) 화학 성분이, 질량％로, C: 0.060∼0.150％, Si: 0.15∼0.70％, Mn: 1.00∼1.90％, P: 0.10％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 0.01∼0.10％, N: 0.010％ 이하 및 Nb: 0.010∼0.100％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
미크로 조직(micro structure)이, 평균 결정 입경: 18㎛ 이하의 페라이트를 체적분율로 75％ 이상, 평균 결정 입경: 2㎛ 이상의 펄라이트를 체적분율로 5％ 이상 포함하고, 잔부는 저온 생성상(lower-temperature-induced phase)으로 이루어지는 복합 조직이며, 또한, 펄라이트의 평균 자유 행정(mean free path)이 5.0㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 열연 강판.
여기에서, 펄라이트의 평균 자유 행정이란, 펄라이트의 분산 상태이다.
(2) Fe 성분의 일부를 대신하여, 추가로 질량％로, Ti: 0.05％ 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 열연 강판.
(3) Fe 성분의 일부를 대신하여, 추가로 질량％로, V: 0.10％ 이하, Cr: 0.50％ 이하, Mo: 0.50％ 이하, Cu: 0.50％ 이하, Ni: 0.50％ 이하, B: 0.0030％ 이하로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 열연 강판.
(4) Fe 성분의 일부를 대신하여, 추가로 질량％로, Ca: 0.001∼0.005％ 및 REM: 0.001∼0.005％로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 열연 강판.
(5) 상기 열연 강판이, 냉연 강판용 또는 용융 아연 도금 강판용인 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 열연 강판.
여기에서, 상기 용융 아연 도금 강판은, 합금화 처리를 행하는지 행하지 않을지에 관계없이, 용융 아연 도금 방법에 의해 강판 상에 아연을 도금한 강판을 총칭한다. 즉, 본 발명에 있어서의 용융 아연 도금 강판이란, 합금화 처리를 행하고 있지 않은 용융 아연 도금 강판, 합금화 처리를 행한 합금화 용융 아연 도금 강판의 양쪽 모두를 포함하는 것이다.
(6) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖는 용강을 연속 주조하여 슬래브로 하고, 이 슬래브를 600℃까지 6h 이내로 냉각하고, 그 후, 재가열하여, 열간 압연 개시 온도: 1150∼1270℃, 마무리 압연의 종료 온도: 830∼950℃의 조건에서 열간 압연하고, 650℃까지의 온도역을 평균 냉각 속도 20∼90℃/s로 냉각하고, 그 후, 470∼640℃의 온도역에서 권취할 때의 당해 권취 온도까지 평균 냉각 속도 5∼30℃/s로 냉각하고, 상기 권취를 행하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 재질 균일성이 우수한 점에서 높은 가공성을 갖고, 게다가 높은 항복비를 갖는 냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판용의 소재인 열연 강판을 제공할 수 있다. 그리고, 이 열연 강판을 냉연 강판 및 용융 아연 도금 강판에 제공함으로써 얻어지는, 냉연 강판 및 용융 아연 도금 강판을, 예를 들면, 자동차 구조 부재에 적용함으로써, 자동차에 있어서의 충돌 안전성을 확보하면서 차체 경량화에 의한 연비 개선을 도모할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 발명의 열연 강판의 각 성분의 함유량의 한정 이유를 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 강의 화학 성분에 관한 「％」표시는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미한다.
C: 0.060∼0.150％
탄소(C)는, 강판의 고강도화에 유효한 원소로서, 특히, Nb와 같은 탄화물 형성 원소와 미세한 합금 탄화물, 혹은, 합금 탄질화물을 형성하여 강판의 강화에 기여한다. 또한, 본 발명에 있어서의, 열연 강판의 강판 조직에 있어서의 펄라이트의 형성에 필요한 원소로서, 고강도화에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.060％ 이상의 첨가가 필요하다. 한편, C 함유량을 0.150％보다도 많이 함유시키면, 스폿 용접성(spot weldability)이 저하되는 점에서, C 함유량의 상한은 0.150％로 한다. 또한, 보다 양호한 용접성을 확보하는 관점에서는, C 함유량을 0.120％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Si: 0.15∼0.70％
규소(Si)는, 높은 가공 경화능을 갖는 점에서 강도 상승에 대하여 연성의 저하가 비교적 적고, 어닐링 후의 강도-연성 균형의 향상에도 기여하는 원소이다. 또한, 열연 단계에서의 페라이트 변태의 촉진에 의해, 소망하는 페라이트의 결정 입경 및 체적분율을 확보하는 데에 기여하는, 재질 균일성을 향상시키기 위해 필요한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Si 함유량을 0.15％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 또한 재질 균일성을 높이기 위해서는, Si 함유량을 0.35％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Si 함유량이 0.70％보다도 많으면 어닐링 후의 용융 아연 도금성의 열화가 현저해지기 때문에, Si 함유량을 0.70％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.60％ 이하이다.
Mn: 1.00∼1.90％
망간(Mn)은, 고용(solid solution) 강화 및 제2상을 생성함으로써 어닐링 후의 고강도화에 기여하는 원소이다. 그 효과를 얻기 위해서는 Mn 함유량은 1.00％ 이상으로 하는 것이 필요하고, 바람직하게는 1.20％ 이상이다. 한편, Mn 함유량이 1.90％보다도 많으면, 열연 단계에서의 페라이트 변태와 펄라이트 변태를 지연시켜, 소망하는 페라이트의 결정 입경 및 면적률을 확보하는 것이 어렵고, 재질 균일성이 저하될 우려가 있기 때문에, 그 함유량은 1.90％ 이하, 바람직하게는 1.70％ 이하로 한다.
P: 0.10％ 이하
인(P)은, 고용 강화에 의해 고강도화에 기여하는 원소로서, 이 효과를 얻기 위해서는 P의 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, P 함유량이 0.10％보다도 많으면, 입계(grain boundaries)로의 편석이 현저해져 입계를 취화시키고, 또한 용접성이 저하되어, 재질 균일성이 열화되기 때문에, P의 함유량의 상한값은 0.10％로 한다. 바람직하게는, 0.05％ 이하이다.
S: 0.010％ 이하
황(S)의 함유량이 많은 경우에는, MnS 등의 황화물이 많이 생성되고, 어닐링 후의 신장 플랜지성으로 대표되는 국부 신장이 저하되기 때문에, 함유량의 상한을 0.010％로 한다. 바람직하게는, 0.005％ 이하이다. 또한, S 함유량의 하한값에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없지만, 극저(ultra low) S화는 제강 비용의 상승을 초래하기 때문에, 0.0005％ 이상의 범위에 있어서 저감하면 좋다.
Al: 0.01∼0.10％
알루미늄(Al)은, 탈산에 필요한 원소로서, 이 효과를 얻기 위해서는 0.01％ 이상 함유하는 것이 필요하지만, 0.10％를 초과하여 함유해도 효과가 포화되기 때문에, 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.05％ 이하이다.
N: 0.010％ 이하
질소(N)는, C와 동일하게 Nb와 화합물을 형성하여, 합금 질화물이나 합금 탄질화물이 되어, 고강도화에 기여한다. 그러나, 질화물은 비교적 고온에서 생성되기 쉽기 때문에 조대해지기 쉽고, 탄화물에 비해 강도로의 기여가 상대적으로 작다. 이 때문에, 어닐링 후의 고강도화에는 N 함유량을 저감하여 합금 탄화물을 보다 생성한 쪽이 유리하다. 이러한 관점에서, N의 함유량은 0.010％ 이하, 바람직하게는 0.005％ 이하로 한다.
Nb: 0.010∼0.100％
니오브(Nb)는, C나 N과 화합물을 형성하여 탄화물이나 탄질화물이 되고, 나아가서는 결정립 미세화에 효과가 있으며, 소망하는 페라이트 및 펄라이트의 결정 입경 및 체적분율을 확보하기 위해 중요한 원소이다. 또한, 탄질화물의 석출 강화에 의해 고항복비를 얻기 위해서도 필요한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 그러나, Nb 함유량이 0.100％보다도 많으면, 성형성의 저하가 현저해지기 때문에, Nb 함유량의 상한값을 0.100％로 한다. 바람직하게는, 0.060％ 이하이다.
본 발명에서는, 상기의 기본 성분에 더하여, 이하에 나타내는 임의 성분을, 필요에 따라서 소정의 범위에서 1종 이상 함유해도 좋다.
Ti: 0.05％ 미만
티탄(Ti)은, Nb와 동일하게, 미세한 탄질화물을 형성하고, 결정립 미세화에도 효과가 있어, 강도 상승에 기여할 수 있기 때문에, 필요에 따라서 함유할 수 있는 원소이지만, Ti 함유량을 0.05％ 이상 첨가하면, 성형성이 현저하게 저하되기 때문에, Ti 함유량은 0.05％ 미만으로 하고, 바람직하게는 0.035％ 이하이다. 또한, 어닐링 후의 강도 상승 효과를 발휘함에 있어서, Ti를 함유시키는 경우에는, 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
V: 0.10％ 이하
바나듐(V)도 또한, Nb와 동일하게, 미세한 탄질화물을 형성하고, 결정립 미세화에도 효과가 있어, 강도 상승에 기여할 수 있기 때문에, 필요에 따라서 함유할 수 있는 원소이지만, V 함유량을 0.10％보다도 많게 해도, 0.10％를 초과한 만큼의 강도 상승 효과는 작고, 또한, 합금 비용의 증가도 초래해 버린다. 이 때문에, V 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 또한, 강도 상승 효과를 발휘함에 있어서, V를 함유시키는 경우에는, 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
Cr: 0.50％ 이하
크롬(Cr)은, 어닐링시의 퀀칭성을 향상시켜, 제2상을 생성함으로써 고강도화에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 첨가할 수 있는 원소이지만, 이 효과를 발휘시키기 위해서는, Cr 함유량을 0.10％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 함유량을 0.50％보다 많게 해도, 효과의 향상은 확인할 수 없게 되기 때문에, Cr 함유량은 0.50％ 이하로 한다.
Mo: 0.50％ 이하
몰리브덴(Mo)은, 어닐링시의 퀀칭성을 향상시켜, 제2상을 생성함으로써 고강도화에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 첨가할 수 있는 원소이지만, 이 효과를 발휘시키기 위해서는, Mo 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mo 함유량을 0.50％보다 많게 해도, 효과의 향상은 확인할 수 없게 되기 때문에, Mo 함유량은 0.50％ 이하로 한다.
Cu: 0.50％ 이하
구리(Cu)는, 고용 강화에 의해 고강도화에 기여하고, 또한, 어닐링시의 퀀칭성을 향상시켜, 제2상을 생성함으로써도 고강도화에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 첨가할 수 있는 원소이다. 이 효과를 발휘시키기 위해서는, Cu 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cu 함유량이 0.50％보다 많게 해도, 효과의 향상은 확인할 수 없게 되고, 또한, Cu에 기인하는 표면 결함이 발생하기 쉬워지기 때문에, Cu 함유량은 0.50％ 이하로 한다.
Ni: 0.50％ 이하
니켈(Ni)도 또한, Cu와 동일하게, 고용 강화에 의해 고강도화에 기여하고, 또한, 어닐링시의 퀀칭성을 향상시켜, 제2상을 생성함으로써도 고강도화에 기여하고, 또한, Cu와 함께 첨가하면, Cu 기인의 표면 결함을 억제하는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라서 첨가할 수 있는 원소이다. 이 효과를 발휘시키기 위해서는, Ni 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ni 함유량을 0.50％보다 많게 해도, 효과의 향상은 확인할 수 없기 때문에, Ni 함유량은 0.50％ 이하로 한다.
B: 0.0030％ 이하
붕소(B)는, 어닐링시의 퀀칭성을 향상시켜 제2상을 생성함으로써, 고강도화에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 첨가할 수 있다. 이 효과를 발휘하기 위해서는, 0.0005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 0.0030％ 초과를 함유시켜도 효과가 포화되기 때문에, 그 함유량을 0.0030％ 이하로 한다.
Ca: 0.001∼0.005％ 및 REM: 0.001∼0.005％로부터 선택되는 1종 이상
칼슘(Ca) 및 희토류 원소(REM)는, 황화물의 형상을 구상화(spheroidizing)하고, 구멍 확장성으로의 황화물의 악영향을 개선하는 데에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 첨가할 수 있다. 이들 효과를 발휘하기 위해서는, 각각 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 0.005％ 초과 함유시켜도 효과가 포화되기 때문에, 그 함유량을 각각 0.005％ 이하로 한다.
상기 화학 성분의 다른 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.
여기에서, 불가피적 불순물로서는, 예를 들면, Sb, Sn, Zn, Co 등을 들 수 있고, 이들 함유량의 허용 범위로서는, Sb: 0.01％ 이하, Sn: 0.1％ 이하, Zn: 0.01％ 이하, Co: 0.1％ 이하이다. 또한, 본 발명에서는, Ta, Mg, Zr을 통상의 강 조성의 범위 내에서 함유해도, 그 효과는 상실되지 않는다.
다음으로, 본 발명의 열연 강판의 미크로 조직에 대해서 상세하게 설명한다.
열연판 조직은, 페라이트가 평균 결정 입경 18㎛ 이하 또한 체적분율 75％ 이상이고, 펄라이트가 평균 결정 입경 2㎛ 이상 또한 체적분율 5％ 이상이고, 잔부가 저온 생성상으로 이루어지고, 상기 펄라이트의 평균 자유 행정이 5.0㎛ 이상인, 복합 조직이다. 여기에서 서술하는 체적분율은, 강판의 조직 전체에 대한 체적분율이며, 이하 동일하다.
열연판 조직의 페라이트의 체적분율이 75％ 미만에서는, 경질인 제2상이 많이 존재하게 되기 때문에, 재질 균일성이 열화된다. 그 때문에 페라이트의 체적분율은 75％ 이상으로 한다. 한편, 페라이트의 체적분율의 상한으로서는, 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)에 고강도를 확보하기 위해, 95％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 페라이트의 평균 입경이 18㎛ 초과에서는, 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 소망하는 강도 확보가 어렵기 때문에, 페라이트의 평균 결정 입경은 18㎛ 이하로 한다. 페라이트의 평균 결정 입경의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 어닐링 후의 양호한 재질 균일성을 확보하기 위해서는, 5㎛ 이상이 바람직하다.
열연판 조직의 펄라이트의 체적분율이 5％ 미만에서는, 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 소망하는 강도 확보가 어렵기 때문에, 펄라이트의 체적분율은 5％ 이상으로 한다. 또한, 펄라이트의 체적분율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 양호한 가공성을 얻는 관점에서, 15％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 펄라이트의 평균 결정 입경이 2㎛ 미만에서는, 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 소망하는 강도 확보가 어렵기 때문에, 펄라이트의 평균 결정 입경은 2㎛ 이상으로 한다. 펄라이트의 평균 결정 입경의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 양호한 재질 균일성을 확보하기 위해서는, 15㎛ 이하가 바람직하다.
또한, 열연 강판, 냉연 강판, 용융 아연 도금 강판의 양호한 재질 균일성을 확보하기 위해, 열연판 조직의 펄라이트의 평균 자유 행정은 5.0㎛ 이상으로 한다. 펄라이트의 평균 자유 행정이 5.0㎛ 미만에서는, 2상역(dual phase region) 어닐링시의 페라이트-오스테나이트가 균일하게 분포하지 않기 때문에, 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 재질 균일성이 저하된다. 펄라이트의 평균 자유 행정의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 20㎛ 이하가 바람직하다.
또한, 펄라이트의 평균 자유 행정에 대해서는, 후술한다.
페라이트 및 펄라이트 이외의 잔부 조직은, 마르텐사이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 및 구상(spheroidal) 시멘타이트 등으로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 저온 생성상을 조합한 혼합 조직으로 해도 좋지만, 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 성형성 및 재질 균일성의 관점에서 페라이트 및 펄라이트 이외의 잔부 조직의 체적분율은 합계로 10％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 열연 강판 중에는, 평균 입경이 0.10㎛ 이하의 Nb계 석출물을 함유하는 것이 바람직하다. Nb계 석출물의 평균 입경을 0.10㎛ 이하로 함으로써, Nb계 석출물 주위의 변형이 전위(dislocation)의 이동의 저항으로서 효과적으로 작용하 여, 강의 강화에 기여할 수 있고, 나아가서는 어닐링 후(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 고항복비화에 기여할 수 있다.
다음으로, 열연 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 재질 균일성이 우수하고, 또한 고항복비를 갖는 냉연 강판, 용융 아연 도금 강판의 소재가 되는 열연 강판은, 상기의 성분 조성 범위에 적합한 성분 조성을 갖는 용강(molten steel)으로부터 연속 주조로 슬래브를 제작하고, 당해 슬래브를 600℃까지 6h 이내에 냉각하고, 그 후, 재가열하여, 열간 압연 개시 온도: 1150∼1270℃, 마무리 압연의 종료 온도: 830∼950℃의 조건에서 열간 압연하고, 650℃까지의 온도역을 평균 냉각 속도 20∼90℃/s로 냉각하고, 그 후, 470∼640℃의 온도 범위에서 권취할 ?의 당해 권취 온도까지 평균 냉각 속도 5∼30℃/s로 냉각하여 권취를 행함으로써 제조할 수 있다.
이하, 상기의 제조 공정에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 있어서, 우선 슬래브는 연속 주조법에 의해 주조된다. 연속 주조법은, 본 발명의 과제로 보아 전제가 되는 것이며, 게다가 주형 주조법과 비교하여 생산 능률이 높기 때문이다. 연속 주조기는 수직 굽힘형이 바람직하다. 이것은, 수직 굽힘형은 설비 비용과 표면 품질의 균형이 우수하고, 또한, 표면 균열의 억제 효과가 현저하게 발휘되기 때문이다.
이 연속 주조를 거쳐 슬래브로 한 후에는, 600℃까지 6h 이내로 냉각한다. 연속 주조 후, 600℃까지 6h(시간)을 초과하여 냉각을 행하면, Mn 등의 편석이 현저해지고, 또한 결정립이 조대화되기 때문에, 특히 열간 압연 후의 펄라이트의 평균 자유 행정이 저하되어, 재질 균일성이 열화된다. 이 때문에, 연속 주조 후의 강슬래브의 냉각은 600℃까지 6h 이내로 하고, 바람직하게는 600℃까지 5h 이내까지 냉각, 더욱 바람직하게는 600℃까지 4h 이내로 냉각한다. 또한, 600℃까지 냉각했으면, 그 후에, 실온까지 냉각한 후에 재가열하여 열간 압연을 행해도 좋고, 그대로 온편(warm slab)인 채로 재가열하여 열간 압연을 행해도 좋다.
[열간 압연 공정]
·열간 압연 개시 온도: 1150∼1270℃
열간 압연 개시 온도는, 1150℃보다도 낮아지면 압연 부하가 증대하고, 생산성이 저하되기 때문에 바람직하지 않고, 또한, 1270℃보다 높게 해도 가열 비용이 증대할 뿐이기 때문에, 1150∼1270℃로 하는 것이 바람직하다.
·마무리 압연 종료 온도: 830∼950℃
열간 압연은, 강판 내의 조직 균일화, 재질의 이방성 저감에 의해, 재질 균일성을 향상시키기 위해, 오스테나이트 단상(single phase)역에서 종료할 필요가 있기 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 830℃ 이상으로 한다. 한편, 마무리 압연 종료 온도가 950℃ 초과에서는, 열연 조직이 조대해져, 재질 균일성이 저하될 우려가 있다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도를 830∼950℃로 한다.
·650℃까지의 온도역을 평균 냉각 속도 20∼90℃/s로 냉각
평균 냉각 속도가 20℃/s 미만에서의 냉각에서는, 페라이트 변태가 과잉하게 진행되어, 소망하는 펄라이트 체적분율이 얻어지지 않고, 어닐링판(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 재질 균일성이 저하된다. 또한, 평균 냉각 속도가 90℃/s 초과에서의 냉각에서는, 열연판 조직에 있어서, 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않아, 소망하는 페라이트 결정 입경 및 펄라이트의 평균 자유 행정이 얻어지지 않고, 어닐링판(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 재질 균일성이 저하된다. 바람직하게는 평균 냉각 속도는 30∼70℃/s이다.
·권취 온도까지의 온도역을 평균 냉각 속도 5∼30℃/s로 냉각
평균 냉각 속도가 5℃/s 미만에서의 냉각에서는, 페라이트 변태가 과잉하게 진행되어, 소망하는 펄라이트 체적분율이 얻어지지 않고, 어닐링판(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 재질 균일성이 저하된다. 또한, 평균 냉각 속도가 30℃/s 초과에서의 냉각에서는, 권취한 후에 베이나이트 변태가 진행되어, 소망하는 펄라이트 체적분율과 결정 입경이 얻어지지 않아, 어닐링판(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 재질 균일성이 저하된다. 바람직하게는 평균 냉각 속도는 10∼25℃/s로 한다.
·권취 온도: 470∼640℃
권취 온도가 470℃ 미만인 경우, 열연판 조직에 있어서, 마르텐사이트나 베이나이트의 저온 생성상(경질상)을 포함하는 조직이 되어, 열연판에서 불균일한 경도 분포가 발생하고, 어닐링판(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 재질 균일성이 저하된다. 또한, 권취 온도가 640℃를 초과한 경우, 열연판 조직의 페라이트의 결정 입경이 커져, 어닐링판(냉연 강판이나 용융 아연 도금 강판)의 소망하는 강도 확보가 어렵다. 또한 Nb의 탄질화물이 조대해져, 재질 균일성 및 항복비가 저하된다. 그 때문에, 권취 온도는 470∼640℃로 한다. 바람직하게는 480∼620℃이다.
이상의 공정을 거쳐 얻어진 열연 강판은, 통상 공지의 방법으로 산세정하고, 필요에 따라서, 탈지 등의 예비 처리를 실시한 후, 필요에 따라서 냉간 압연 공정을 행하고, 또한 어닐링 공정 혹은 추가로 용융 아연 도금 공정으로 제공된다. 냉간 압연을 행하는 경우, 냉간 압연의 압하율이 30％ 미만이 되면, 어닐링시에 페라이트의 재결정이 촉진되지 않고, 미재결정 페라이트가 잔존하여, 어닐링판의 연성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 냉간 압연의 압하율은 30％ 이상이 바람직하다. 어닐링 처리는, 750∼900℃의 온도 범위에서 15∼600s 유지하는 것이 바람직하다. 어닐링 온도가 750℃ 미만 또는 750∼900℃의 온도 범위에서의 유지 시간이 15s 미만이 되면, 미재결정 조직이 잔존하여, 연성이 저하되는 경우가 있고, 어닐링 온도가 900℃를 초과, 또는 750∼900℃의 온도역에서의 유지 시간이 600s를 초과하면, 오스테나이트립의 성장이 현저해져, 최종적으로 불균일한 조직이 형성되어, 재질 안정성이 저하되는 경우가 있기 때문이다.
또한, 일련의 열처리에 있어서는, 열이력 조건만 만족되면, 강판은 어떠한 설비에서 열처리를 행해도 상관없다. 덧붙여, 용융 아연 도금 후에, 합금화 처리를 행하는 경우는, 합금화 처리 후에 본 발명의 강판에 조질 압연(temper rolling)을 행하여 형상 교정을 행하는 것도 가능하다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 단, 본 발명은, 원래부터 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니며, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당하게 변경을 더하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
표 1에 나타내는 성분 조성을 갖고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강(steel)을 전로(converter)에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브로 하여, 표 2에 나타내는 냉각 시간으로 600℃까지의 냉각을 행한 후, 실온까지 냉각했다. 그 후, 얻어진 슬래브를 재가열 후, 표 2에 나타내는 열간 압연 조건에서 2.3∼4.5㎜의 각 판두께까지 열간 압연을 행하고, 표 2에 나타내는 권취 온도에서 권취했다.
이어서, 얻어진 열연판을 산세정하고, 냉간 압연한 후, 800℃에서 어닐링하고, 필요에 따라서, 용융 아연 도금 처리, 또는 추가로 아연 도금의 합금화 처리를 행하여, 냉연 강판(CR), 용융 아연 도금 강판(GI), 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)을 얻었다. 일부 열연판에 대해서는, 산세정 후, 냉간 압연을 행하지 않고, 어닐링, 용융 아연 도금 처리, 또는 추가로 아연 도금의 합금화 처리를 행하여, 용융 아연 도금 강판(GI), 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)을 얻었다. 용융 아연 도금욕은 용융 아연 도금 강판(GI)에서는, Al: 0.19 질량％ 함유 아연욕을 사용하고, 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)에서는, Al: 0.14 질량％ 함유 아연욕을 사용하고, 욕온(bath temperature)은 460℃로 하고, 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)에 대해서는, 550℃에서 합금화 처리를 행했다. 도금 부착량은 편면당 45g/㎡(양면 도금)로 하고, 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)은, 도금층 중의 Fe 농도를 9∼12질량％로 했다.
얻어진 열연 강판에 대하여, 미크로 조직 그리고 기계적 특성을, 다음과 같이 조사했다.
즉, 페라이트와 펄라이트의 체적분율은, 강판의 압연 방향에 평행한 판두께 단면(수직 단면)을 연마 후, 3％ 나이탈(nital reagent)로 부식하고, 강판 표면으로부터 깊이 방향으로 판두께의 1/4위치에 대해서, SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 2000배의 배율로 10시야 관찰하고, Media Cyberneticks사의 Image-Pro를 이용하여 각 상의 면적률을 10시야분 산출하고, 그들 값을 평균하여 구하고, 이 면적률을 체적분율로 했다.
또한, 페라이트와 펄라이트의 평균 결정 입경은, 전술의 Image-Pro를 이용하여, 각각의 페라이트 결정립 또는 펄라이트 결정립의 면적을 구하고, 원 상당 직경을 산출하여, 그들 값을 평균하여 구했다.
펄라이트의 평균 자유 행정은, 전술의 Image-Pro를 이용하여, 펄라이트의 중심(重心)을 구하고, 극단적인 치우침이 없이 균일하게 분산되어 있는 것을 전제로 하기식에 의해 산출했다.
　　　　　기
Figure 112014038314288-pct00001
LM: 평균 자유 행정
dM: 평균 결정 입경
π: 원주율
f: 면적률(＝체적분율)
또한, 잔부의 저온 생성상에 대해서는, 주사형 및 투과형 전자 현미경의 관찰에 있어서 판별 가능하다. 즉, 페라이트가 약간 검은 콘트라스트(contrast)인 것에 대하여, 마르텐사이트는 하얀 콘트라스트가 붙어 있는 것이다. 또한, 펄라이트는, 층 형상의 조직으로, 판 형상의 페라이트와 시멘타이트가 교대로 나열되어 있는 조직인 것에 대하여, 베이나이트는, 폴리고널(polygonal) 페라이트와 비교하여 전위 밀도가 높은 판 형상의 베이니틱(bainite) 페라이트와 시멘타이트를 포함하는 조직이다. 또한, 구상 시멘타이트는, 구상화한 형상을 갖는 시멘타이트이다. 잔류 오스테나이트의 유무에 대해서는, 표층으로부터 깊이 방향으로 판두께 1/4의 두께분만큼 연마한 면에서, Mo의 Kα선을 선원(radiation source)으로 하여, 가속 전압 50keV로, X선 회절법(장치: Rigaku사 제조 RINT2200)에 의해, 철의 페라이트의 {200}면, {211}면, {220}면과, 오스테나이트의 {200}면, {220}면, {311}면의 X선 회절선의 적분 강도를 측정하고, 이들 측정값을 이용하여, 「X선 회절 핸드북」(2000년) 리가쿠덴기 가부시키가이샤, p.26, 62-64에 기재된 계산식으로부터 잔류 오스테나이트의 체적분율을 구하고, 체적분율이 1％ 이상인 경우, 잔류 오스테나이트가 있음으로 판단하고, 체적분율이 1％ 미만인 경우, 잔류 오스테나이트가 없음으로 판단했다.
인장 시험은, 인장 방향이 압연 방향과 평행해지도록 샘플 채취한 JIS 5호 시험편을 이용하여, JIS Z2241(2010년)에 준거하여 행하고, 어닐링판의 YS(항복 강도), TS(인장 강도)를 측정했다. YR은, (YS/TS)×100(％)의 값으로 평가했다. 또한, 본 발명에서는, 어닐링판의 YR≥70％의 경우를 고항복비로 판정했다.
재질 균일성에 대해서는, 다음과 같이 평가했다.
열연판의 폭 중심부와, 양 폭단으로부터 각각 1/8폭의 위치(전체 폭의 1/8위치)로부터, 인장 방향이 압연 방향과 평행해지도록, JIS 5호 시험편을 채취하고, JIS Z2241(2010년)에 준거하여 인장 시험을 행하고, YS 및 TS를 측정하여, 폭 중심부의 값과 폭 1/8위치의 값(폭 1/8위치는 양단부 합하여 2개소 있지만, 그 평균값)과의 차(폭 중심부의 특성값－폭 1/8위치의 특성값의 절대값)를 각각 ΔYS 및 ΔTS로 하여 산출했다. 또한, 본 발명에서는, ΔYS≤40㎫, ΔTS≤30㎫의 경우를 재질 균일성의 관점에서 양호로 판정했다. 재질 불균일을, 폭 중심부와 폭 1/8위치의 2점에서 평가하는 것은, 예를 들면, 열연판의 폭방향의 중심부와 열연판 폭단부(에지)로부터 판폭이 1/4에 상당하는 위치(폭 1/4위치)와의 인장 강도의 차에서는, 에지 부근의 재질이 평가되지 않기 때문에, 충분한 폭방향의 재질 안정성의 평가가 곤란하지만, 추가로 에지(edges) 가까이의 폭 1/8위치와 폭 중심부의 인장 강도의 차로 평가함으로써, 어닐링판의 재질 안정성의 적절한 평가가 가능해지기 때문이다.
냉연판 및 용융 아연 도금 강판에 대해서는, 어닐링판의 폭 중심부와 양 폭단으로부터 각각 1/8폭의 위치(전체 폭의 1/8위치)로부터, 인장 방향이 압연 방향과 평행해지도록, JIS 5호 시험편을 채취하고, JIS Z2241(2010년)에 준거하여 인장 시험을 행하고, YS 및 TS를 측정하여, 폭 중심부의 값과 폭 1/8위치의 값(폭 1/8위치는 양단부 합하여 2개소 있지만, 그 평균값)과의 차(폭 중심부의 특성값－폭 1/8위치의 특성값의 절대값)를 각각 ΔYS 및 ΔTS로 하여 산출했다. 또한, 표 3 중, 어닐링판의 YS 및 TS는, 폭 중심부와 1/8폭의 위치(양단부로부터 각각 전체 폭의 1/8위치)의 3개소의 평균값으로 했다. 또한, 본 발명에서는, ΔYS≤40㎫, ΔTS≤30㎫의 경우를 재질 균일성의 관점에서 양호하다고 판정했다.
이상의 각 조사의 결과를, 표 3에 나타낸다.
Figure 112014038314288-pct00002
Figure 112014038314288-pct00003
Figure 112014038314288-pct00004
본 발명에 따르는 열연 강판은, 그 후의 어닐링 후의 TS가 590㎫ 이상이고, 고항복비를 갖고, 재질 균일성도 우수하다. 한편, 비교예에서는, 강도, 항복비, 재질 균일성 중 어느 하나 이상이 뒤떨어져 있다.

Claims (6)

  1. 화학 성분이, 질량％로, C: 0.060∼0.150％, Si: 0.15∼0.70％, Mn: 1.00∼1.90％, P: 0% 초과 0.10％ 이하 , S: 0% 초과 0.010％ 이하, Al: 0.01∼0.10％, N: 0% 초과 0.010％ 이하 및 Nb: 0.010∼0.100％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    미크로 조직이, 평균 결정 입경: 18㎛ 이하의 페라이트를 체적분율로 75％ 이상, 평균 결정 입경: 2㎛ 이상의 펄라이트를 체적분율로 5％ 이상 포함하고, 잔부는 저온 생성상으로 이루어지는 복합 조직이며, 또한, 펄라이트의 평균 자유 행정이 5.0㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 열연 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    Fe 성분의 일부를 대신하여, 추가로 질량％로, 하기 (A)내지 (C)로부터 선택되는 적어도 하나의 군을 함유하는 것을 특징으로 하는 열연 강판;
    (A) Ti: 0% 초과 0.05％미만;
    (B) V: 0% 초과 0.10％ 이하, Cr: 0% 초과 0.50％ 이하, Mo: 0% 초과 0.50％ 이하, Cu: 0% 초과 0.50％ 이하, Ni: 0% 초과 0.50％ 이하, B: 0% 초과 0.0030％ 이하로부터 선택되는 1종 이상;
    (C) Ca: 0.001∼0.005％ 및 REM: 0.001∼0.005％로부터 선택되는 1종 이상.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열연 강판이, 냉연 강판용 또는 용융 아연 도금 강판용인 열연 강판.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 용강을 연속 주조하여 슬래브로 하고, 이 슬래브를 600℃까지 6h 이내로 냉각하고, 그 후, 재가열하여, 열간 압연 개시 온도: 1150∼1270℃, 마무리 압연의 종료 온도: 830∼950℃의 조건에서 열간 압연하고, 650℃까지의 온도역을 평균 냉각 속도 20∼90℃/s로 냉각하고, 그 후, 470∼640℃의 온도역에서 권취할 때의 당해 권취 온도까지 평균 냉각 속도 5∼30℃/s로 냉각하고, 상기 권취를 행하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.
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