KR101504370B1 - 초고강도를 갖는 최종 제품을 열가공 정형하는 방법 및 이에 의해 제조된 제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 단계를 포함하는 초고강도를 갖는 최종 제품을 열가공 정형하는 방법에 관한 것으로서, (모든 퍼센트는 wt%로) 0.04%＜탄소＜0.5%, 0.5%＜망간＜3.5%, 실리콘＜1.0%, 0.01%＜크롬＜1%, 티타늄＜0.2%, 알루미늄＜2.0%, 인＜0.1%, 질소＜0.015%N, 황＜0.05%, 붕소＜0.015%, 불가피한 불순물 및 잔부 철을 포함하는 코팅된 열간압연 및/또는 냉간압연 강 스트립 또는 시트를 제공하는 단계, 상기 강은 아연합금 코팅층으로 코팅되며, 상기 아연합금은 0.3 - 4.0% Mg 및 0.05 - 6.0% Al; 합하여 최대 0.2%의 하나 또는 2 이상의 선택적 첨가 원소; 불가피한 불순물; 잔부 아연으로 구성되며, 강 시트 블랭크를 얻기 위해 상기 강 시트를 절단하는 단계; 상기 강 시트 블랭크를 최종 특성을 갖는 최종 제품으로 열가공 정형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초고강도를 갖는 최종 제품을 열가공 정형하는 방법 및 이에 의해 제조된 제품{METHOD OF THERMOMECHANICAL SHAPING A FINAL PRODUCT WITH VERY HIGH STRENGTH AND A PRODUCT PRODUCED THEREBY}
본 발명은 초고강도를 갖는 최종 제품을 열가공 정형하는 방법 및 이에 의해 제조된 제품에 관한 것이다.
공지된 고강도 강의 많은 해법에 있어서, 강도 증가는 성형성의 감소를 동반한다. TRIP-강, 2상 강(dual-phase steel), 심지어 TWIP-강 등은 화학조성과 제조방법의 신중한 조율에 의해 강의 강도를 증가시킨다. 이들 강의 다수는 용접성에 문제가 있다. 이들 강의 화학조성은 용접성을 악화시키거나, 또는 용접 동안의 열입력의 결과로서 신중하게 형성된 미세구조를 파괴시킬 수 있다. 이는 제조된 부품이 다른 부품에 일반적으로 강하게 용접되지만 용접 부위가 취약할 수 있다는 것을 의미한다. 더욱이, 전술한 강은 모두 정형(shaping) 후에 스프링백(springback)을 받으며, 항복강도가 증가함에 따라 더 증가하게 된다.
성형 특성과 사용을 위해 요구된 특성을 분리시키는 것에 의해 이들 문제점의 적어도 일부가 해소될 수 있다. 사용을 위해 요구된 특성은 강 부품의 열가공 정형처리를 통해 얻어진다. 열가공 정형처리에 있어서, 처리는 정형 및 열처리가 정형공정에 이은 열처리 또는 열처리 동안의 정형공정으로 일체화되는 것을 의미한다. 부식 보호를 위한 부품의 코팅은 표면 및 임의의 중공부분의 신중한 세정을 요구하는 최종 부품상에 통상적으로 실시된다. 또한, 열가공은 시트에서 금속의 임의의 탈탄화(decarbonisation) 및/또는 산화를 방지하기 위해 제어분위기 하에서 실시되어야 한다. 임의의 사전코팅(pre-coating)을 하지 않은 강 시트는 디스케일링(descaling) 및/또는 코팅과 같은 표면의 후처리를 요구한다. 코팅이 최종 부품에 도포되면, 부품의 표면과 중공 영역을 매우 신중하게 세정해야 한다. 상기 세정은 재생(recycling) 및 저장이 필요한 산 또는 염의 사용을 요구할 수 있으며, 이는 상당한 경제적 비용을 수반하며 조작자 및 환경에 위험하다. 매우 높은 기계적 특성을 갖는 강의 후코팅(post-coating)은 또한 전기아연도금에서 수소유기균열을 일으키거나 또는 미리 형성된 부품의 아연도금 욕내의 강의 기계적 특성을 변화시킬 수 있다.
이런 이유로, 열가공 정형처리에 적합한 사전코팅 강이 제안되고 있다. 이들 코팅된 강의 문제점은 강 기재로의 코팅 접착이 불충분하며 열가공 정형처리 전, 동안 또는 후에 벗겨지는 것이다. 금속 표면상에 피착된 아연합금 코팅이 갖는 다른 문제점은 지금까지 아연용융의 초과 온도에서의 열처리 동안 용해되고, 유동되어 고온 성형공구를 더럽히는 것으로 여겨졌다. 이는 연속 생산 동안 정형 제품의 품질, 즉 형태와 표면 품질 양쪽을 열화시키거나, 성형 공구는 이 열화를 방지하도록 종종 세정되어야 하는 것을 의미한다. 더욱이, 가열 성형 공정에 있어서, 누적된 탄소는 그의 마모도 때문에 성형 공구가 손상될 수 있으며, 제조된 부품의 치수 및 미적 품질을 손상시키거나 또는 값비싼 공구 수리를 빈번하게 요구한다.
본 발명의 목적은 우수한 성형성을 갖는 소망 두께의 사전코팅 열간 또는 냉간압연 강 스트립 또는 시트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법은 최종 스트립 또는 시트에 실시된 열가공 정형처리 후에 1000 MPa 초과의 항복강도(yield strength), 충격, 피로, 마손 및 마모에 대한 실질적인 저항을 얻으면서 도장, 접착 및 인산염 처리에 대한 양호한 능력 뿐만 아니라 부식에 양호한 저항을 유지할 수 있다. 코팅은 강 기재에 우수한 접착 및 열가공 정형처리 전, 동안 및 후에 기재의 커버링 특성을 나타내며, 이에 의해 항상 부식에 대한 우수한 보호를 제공한다.
또한, 본 발명의 목적은 고온에서의 기계 부품의 열가공 처리를 실시하고, 이어서 성형 공구에서 경화시키는 것을 허용하며, 그 코팅으로 인해 열가공 처리 전, 동안 및 후에 우수한 접착 및 커버링 특성을 나타내는 전술한 바와 같은 코팅 강을 제공하는 것이다.
이들 목적의 하나 또는 2 이상은 하기 단계를 포함하는 초고강도를 갖는 최종 제품을 열가공 정형(thermo-mechanical shaping)하는 방법에 의해 달성된다.
- 하기 조성(모든 퍼센트는 wt%)을 포함하는 코팅된 열간압연 및/또는 냉간압연 강 스트립 또는 시트를 제공하는 단계:
o 0.04%＜탄소＜0.5%
o 0.5%＜망간＜3.5%
o 실리콘＜1.0%
o 0.01%＜크롬＜1%
o 티타늄＜0.2%
o 알루미늄＜2.0%
o 인＜0.1%
o 질소＜0.015%N
o 황＜0.05%
o 붕소＜0.015%
o 불가피한 불순물
o 잔부 철
o 상기 강은 아연합금 코팅층으로 코팅되며, 상기 아연합금은 0.3 - 4.0% Mg 및 0.05 - 6.0% Al; Pb, Sb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되고 합하여 최대 0.2%의 하나 또는 2 이상의 선택적 첨가 원소; 불가피한 불순물; 잔부 아연으로 구성된다.
- 강 시트 블랭크를 얻기 위해 상기 강 시트를 절단하는 단계;
- 최종 특성을 갖는 최종 제품으로 상기 강 시트 블랭크를 열가공 정형하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 티타늄 함량은 질소에 화학양론적으로 결합하는데 요구된 양 보다 더 많으며, 예컨대 Ti ＞ 3.4N이다. 모든 질소가 티타늄에 결합된다면, 질소는 붕소와 더 이상 반응할 수 없다. Fe와 Zn 사이의 모든 반응을 방지하는 것이 중요하지 않은 경우 0.05%의 최소 레벨의 알루미늄이 사용될 수 있다. 어떠한 알루미늄 없이, 두꺼운 고체 Fe-Zn 합금은 강 표면상에 성장하며, 코팅 두께는 가스로 닦아내는 것에 의해 매끄럽게 조정되지 않을 수 있다. 0.05%의 알루미늄 함량은 문제의 Fe-Zn 합금 형성을 방지하는데 충분하다. 바람직하게는, 아연합금 코팅층내의 최소 알루미늄 함량은 0.3% 이상이다. 붕소는 낮은 임계 냉각속도에서 마르텐사이트 형성을 허용하도록 페라이트 형성을 억제하여 냉각 동안 성형 제품의 변형 위험을 제한하는데 주로 필요하다. 붕소가 질소와 반응하면, 얻어지는 BN은 더 이상 효과적이지 않다. 바람직하게는, 티타늄이 고가의 합금원소이기 때문에 티타늄 함량은 너무 많은 티타늄이 첨가되지 않도록 질소 함량에 맞춘다. 더욱이, 과잉 티타늄은 탄화티타늄 입자를 형성하도록 탄소와 반응할 수 있고, 이들 경질 입자는 성형 공구를 손상시키거나 또는 성형 공구에 과도한 마모를 일으킬 수 있다. 바람직하게는, 최대 티타늄 함량은 Ti-3.4N＜0.05%, 더욱 바람직하게는 Ti-3.4N＜0.02%로 제한된다. 바람직하게는, 아연합금내의 첨가 원소의 전체량은 최대 0.2%이다. 본 발명에 따른 강의 조성에 있어서 경화성(hardenability)에 대한 효과를 위해 크롬, 망간 및 탄소가 첨가된다. 또한, 탄소는 마르텐사이트의 경도(hardness)의 영향으로 높은 기계적 특성을 달성하는 것을 가능하게 한다. 알루미늄은 산소를 포착하기 위해 및 붕소의 효과를 보호하도록 조성내로 도입된다. 또한 알루미늄은 오스테나이트 결정 성장을 방지하는 것으로 믿어진다. 강 시트는 시트의 내피로성을 개선하는 효과를 갖는 칼슘에 의해 실시된 황화물의 구상화(globularization) 처리를 받을 수 있다. 인은 바람직하게는 ＜0.05%이다.
아연합금 코팅은 용융 침지 아연도금 라인에서 도포되며, 연속 재결정 또는 회복 어닐링 단계와 조합될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 열가공 정형공정은 프레스 성형 공정이다.
본 발명에 따른 코팅된 강 스트립은 우수한 부식 특성을 제공한다. 더욱이, 마그네슘 함유 아연합금 코팅층은 열가공 정형 단계 동안 윤활을 제공하며, 열가공 정형 처리 전, 동안 및 후의 코팅층의 접착이 양호하다. 또한, 아연합금 코팅층의 원소는 코팅된 강재료가 열간 성형 전에 가열되었을 때 열에 길게 노출되는 동안 강 기재내로 확산되며, 이에 의해 확산 코팅이 얻어지며, 마그네슘과 알루미늄은 산화된다. 이 확산 코팅은 강 기재에 부식 보호를 미리 제공하며, 또한 아연합금 코팅층의 강 기재로의 접착을 촉진하는 것으로 믿어진다. Zn-확산층의 두께는 성형 및 냉각 단계 후에 활성 부식 보호가 달성되도록 선택되어야 한다.
Mg-함유 아연층은 일반적으로 비Mg-함유 아연층 보다 더 단단한 것으로 일반적으로 믿어진다. 이는 이 층들이 더 취성인 것을 일반적으로 의미함에도 불구하고, 본 발명자들은 아연합금 코팅층의 접착이 훨씬 우수하여, 성형 동안 높은 접촉 압력에서도 아연합금 코팅층은 압력에 굴복당하지 않고 정형 동안 및 후에 제품을 부식에 대해 보호하도록 그 자리에 잔류한다는 것을 발견하였다. 이는 Mg 첨가가 코팅된 강과 (고온)성형 공구 사이의 윤활을 촉진하는데 유익한 것으로 믿어진다. 본 발명자들은 아연층상에 형성되는 Mg-산화물이 아연의 증발을 보호하는 것으로 믿는다. 감소된 아연 증발은 또한 용융 침지 아연도금 동안 스나우트 영역(snout area)에서 유리하다. 스나우트는 스트립이 아연욕으로 진입하는 위치이다. 일반적으로, 아연은 증발하여 더 찬 영역에서 스나우트 내의 스트립과 아연욕 표면으로 떨어지는 먼지(아연 및 아연산화물)를 형성한다. 이는 아연 코팅에 결함을 유발한다. 욕 표면상의 Mg 산화물은 이 영역에서의 아연의 증발을 제한하며, 따라서 아연 코팅의 결함 가능성을 감소시킨다. 마지막으로, 강의 인산염처리성은 Mg 첨가의 결과로서 개선된다.
Fe2Al5의 형성 때문에, 코팅층이 피착되는 욕은 전술한 바와 같이 첨가 원소로서 철을 함유하지 않음에도 불구하고, 코팅층은 약간의 철을 항상 함유한다. 철은 강 기재가 사용되기 때문에 불가피한 불순물을 구성한다. 철은 첨가 원소는 아니며, 바람직하게는 1.5%, 더욱 바람직하게는 1.0% 초과하지 않아야 한다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 코팅층내의 철 함량은 0.6% 미만, 바람직하게는 0.4% 미만으로 제한된다. 더욱 바람직하게는, 철 함량은 0.2% 미만으로 제한된다.
본 발명자들은 본 발명에 따른 강은 본 발명에 따른 아연합금 코팅층에 대해 우수한 기재 젖음성, 열가공 정형 처리 동안 우수한 접착, 고온 처리시 철-아연 금속간 층의 빠른 형성, 성형 동안 코팅내에 형성된 임의의 균열의 우수한 균열 폐쇄, 성형 동안 마모에 대한 양호한 저항 및 강과 아연의 갈바니 거동(galvanic behaviour)에 의한 부품의 가장자리의 보호를 포함하여 열가공 공정 전, 동안 및 후의 양호한 내부식성을 제공하는 것을 발견하였다. 따라서, 우수한 부식 보호와 함께 소망 기계적 특성을 갖는 강 기재의 조합이 얻어진다. 알루미늄 함량은 6% 초과시 젖음성이 악화되기 때문에 6%로 제한된다.
0.2 wt% 미만의 소량으로 첨가될 수 있는 첨가 원소는 Pb 또는 Sb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr 또는 Bi이다. Pb, Sn, Bi 및 Sb는 통상적으로 스팽글(spangle)을 형성하기 위해 첨가된다. 이들 소량의 첨가 원소는 코팅의 특성도를 변경시키지 않고 또한 욕을 통상의 용도에 대해 임의의 상당한 범위로 변경시키지 않는다. 바람직하게는, 아연합금 코팅내에 하나 또는 2 이상의 첨가 원소가 존재할 때, 각각 ＜0.02 wt%, 바람직하게는 ＜0.01 wt%의 양으로 존재한다. 이는 첨가 원소가 마그네슘 및 알루미늄의 첨가와 비교하여 상당한 범위로 내부식성을 변화시키지 않고도, 코팅된 강 스트립을 매우 비싸게 만들기 때문이다. 첨가 원소는 용융 침지 아연도금용 용융 아연합금을 갖는 욕내에서 드로스 형성을 방지하기 위해서 또는 코팅층내에 스팽글을 형성하기 위해서만 통상적으로 첨가된다. 따라서, 첨가 원소는 가능한한 낮게 유지되어야 한다. 강 스트립의 일면상의 아연합금량은 25 내지 600 g/㎡이어야 한다. 이는 약 4 내지 95 ㎛의 두께에 해당한다. 바람직하게는, 두꺼운 코팅이 대부분의 용도에 필요하지 않기 때문에 두께는 4 내지 20 ㎛(50 - 140 g/㎡)이다. 본 발명에 따른 아연합금 코팅층은 최대 12 ㎛의 두께에서 부식에 대한 보호를 개선한다. 얇은 코팅층은 본 발명에 따른 코팅층을 구비한 2개의 강 시트를 함께 용접, 예컨대 레이저 용접하는데 유익하다. 바람직한 실시예에 있어서, 아연합금 코팅층은 3 - 10 ㎛의 두께를 가지며, 이는 자동차 용도(automotive application)에 바람직한 두께 범위이다. 더욱 바람직한 실시예에 따르면, 아연합금 코팅층은 3 - 8 ㎛ 또는 7 ㎛의 두께를 갖는다. 이 두께는 스페이서 없이 형성되는 개선된 레이저 용접이 중요할 때 더욱 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 코팅 강은 하기 조성(모든 퍼센트는 wt%)을 포함한다:
- 0.15%＜탄소＜0.5%
- 0.5%＜망간＜3%
- 0.1%＜실리콘＜0.5%
- 0.01%＜크롬＜1%
- 티타늄＜0.2%
- 알루미늄＜0.1%
- 인＜0.1%
- 질소＜0.01%N
- 황＜0.05%
- 0.0005%＜붕소＜0.015%
- 불가피한 불순물
- 잔부 철
본 발명의 일실시예에 있어서, 강 기재는 명시적으로 청구된 합금원소만으로 이루어진다. 산소 또는 희토류원소와 같은 다른 원소는 불가피한 불순물로서만 존재할 수 있으며, 잔부는 철이다.
아연합금 코팅의 품질을 더 개선시키기 위해, 아연합금 코팅 단계 후 및 대기 온도로의 냉각단계 전에 갈버닐링(galvannealing) 단계가 사용될 수 있다. 갈버닐링 단계는 예를 들면 470 내지 550℃에서 20 내지 40초 동안 스트립을 가열하고 바로 이어서 아연합금 코팅에서의 철 함량을 최대 15%, 바람직하게는 7 내지 13%, 예컨대 약 10%로 달성하도록 용융 침지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 열가공 정형은 대기온도에서 강 시트 블랭크를 제품으로 정형하는 단계, 상기 제품에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과로 제품을 가열함으로써 열처리하는 단계, 및 최종 특성을 갖는 최종 제품을 얻도록 상기 제품을 급랭하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 급랭은 냉각 동안 발생하는 형상 결함 또는 버클링을 피하도록, 예컨대 성형 공구 또는 가열 공구로 제품을 억제시키면서 실시된다. 선택적으로, 임의의 과잉 재료는 제품 성형 후 및 열처리 전에 트리밍된다. 선택적으로 또는 추가로, 열처리 후의 최종 제품의 트리밍(trimming)은, 예컨대 레이저 절단에 의해 실시될 수 있다. 또한, 트리밍은 제품을 열처리 또는 냉각하면서 실시될 수 있다.
이 실시예는 기계적 처리가 열처리로부터 분리된, 즉 정형 단계가 대기 온도(ambient temperature)에서 실시되고, 제품의 최종 특성을 부여하도록 열처리가 정형 단계 후에 실시되는 상황을 제공한다. 강 시트는 강 시트 블랭크를 얻도록 절단되며, 강 시트 블랭크는 제품을 얻도록 정형되며, 그 후 블랭크에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과 온도로 가열하고, 얻어진 부품은 바람직하게는 높은 기계적 특성을 갖는 제품을 부여하도록 바람직하게는 임계 냉각속도 보다 더 높은 냉각속도로 프레스에서 급랭한다.
또한, 이 실시예는 성형 후에 코팅된 시트로부터 시작하는 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 정형 후에 제품의 코팅은 5 ℃/s 초과, 600 ℃/s 초과될 수 있는 속도로 온도를 증가시키면서 실시된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 열가공 정형은 블랭크에 적어도 부분적으로 오스테나이트를 형성하도록 750℃ 초과 온도와 같은, Ac1 초과 온도로 강 시트 블랭크를 가열하고, 고온에서 블랭크를 제품으로 정형하고, 최종 특성을 갖는 최종 제품을 얻도록 제품을 급랭하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 강 시트는 강 시트 블랭크를 얻도록 절단되며, 강 시트는 블랭크에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과 온도로 가열되며, 강 시트 블랭크는 제품을 얻도록 정형되며, 얻어진 부품은 그 후 바람직하게는 높은 기계적 특성을 제품에 부여하도록 임계 냉각속도 보다 더 높은 속도로 급랭된다. 과잉 재료의 트리밍 및 제품의 냉각은 전술한 바와 같다. 바람직한 실시예에 있어서, 트리밍 공정은 성형 공정과 일체이며, 트리밍 수단은 프레스에서 제품을 성형한 후에 바로 제품을 트림하도록 성형 공구내에 제공되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 열가공 정형은 대기 온도에서 전구 제품(precursor product)으로 강 시트 블랭크를 정형하는 단계, 상기 전구 제품에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과로 가열함으로써 상기 전구 제품을 열처리하는 단계, 고온에서 상기 전구 제품을 제품으로 정형하는 단계, 및 최종 특성을 갖는 최종 제품을 얻도록 상기 제품을 급랭하는 단계를 포함한다. 이 방식은, 고온에서의 2차 변형 전에 실질적으로 또는 완전하게 전구 변형의 응력이 완화되기 때문에 상당히 높은 정도의 변형이 달성될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 트리밍 공정은 성형 공정과 일체이며, 트리밍 수단은 프레스에서 제품을 성형한 후에 바로 제품을 트림하도록 성형 공구내에 제공되어 있다.
본 발명에 따른 강은 스트립 또는 시트로부터 제조된 블랭크로부터 시작하는 열가공 정형 공정의 3가지 형태 중 하나에서 사용된다:
A) 블랭크를 제품으로 정형하고, 제품에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과로 제품을 가열함으로써 열처리를 실시하고, 이어서 최종 특성을 갖는 최종 제품을 얻도록 제품을 급랭한다: 이는 때때로 냉간성형으로 언급됨.
B) 블랭크에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과 온도로 블랭크를 가열하고, 고온에서 블랭크를 제품으로 정형하고, 이어서 최종 특성을 갖는 최종 제품을 얻도록 제품을 급랭한다: 이는 때때로 열간성형으로 언급됨.
C) 블랭크를 전구 제품으로 정형하고, 전구 제품에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과로 가열하는 것에 의해 열처리를 실시하고, 고온에서 전구 제품을 제품으로 정형하고, 이어서 최종 특성을 갖는 최종 제품을 얻도록 제품을 급랭한다: 이는 때때로 냉간성형에 이은 열간성형으로 언급됨.
모든 경우에 있어서, 급랭은 바람직하게는 제품에 높은 기계적 특성을 부여하도록 임계 냉각속도 보다 더 높은 냉각속도에서 효과적이다. 얻어지는 최종 제품은 성형 단계에서 유도된 응력이 열처리에 의해 제거되기 때문에 스프링백을 나타내지 않는다. 바람직하게는, 냉각은 제품이 성형 프레스에 있는 동안 실시된다.
모든 경우에 있어서, 강의 처리는 강이 오스테나이트로 변태되기 시작하는 온도(Ac1) 초과 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 재가열 온도는 소망 오스테나이트 형성 정도에 따르며, 완전 오스테나이트 형성은 Ac3 초과에서 달성된다. 온도 상한은 고온에서의 결정 성장 및 코팅층의 증발에 의해 제한된다. 따라서, 적절한 최대 재가열 온도는 Ac3+50℃ 또는 Ac3+20℃이다. 재가열 시간은 도달되는 온도, 재료의 두께에 따르며, 두꺼운 재료는 전체에 걸쳐 균질한 온도를 얻기 위해서는 더 많은 시간이 필요하다. 강의 조성은 열처리의 시간에서 결정(grain)의 확대를 제한하도록 최적화되어 있다. 냉각 후의 소망 미세구조가 완전하게 마르텐사이트이면, 재가열 온도는 Ac3를 초과하여야 한다. 이들 온도 Ac1 및 Ac3은 팽창계(dilatometer)에서 쉽게 결정될 수 있다. 완전한 마르텐사이트 구조 및 실시예의 조성을 갖는 강을 얻기 위해서는, 약 1.5 mm의 두께를 갖는 강이 5분 동안 950℃에서 오스테나이트를 형성하기 위한 냉각 속도가 약 30 ℃/s의 경화 임계속도를 초과하여야 한다. 또한, 임계 냉각속도는 Baehr 805A/D와 같은 팽창계를 사용하여 결정될 수 있다.
Ac1 내지 Ac3 온도로 가열하고 적절한 냉각에 의해 공정 A, B 또는 C 중의 어느 공정에서도 페라이트-베이나이트 또는 페라이트-마르텐사이트 구조를 얻는 것이 가능하다. 달성되는 저항 레벨 및 적용된 열처리에 따라, 이들 상의 하나 또는 복수는 최종 미세구조 내에 적절한 비율이 존재한다. 어닐링 온도의 선택은 어닐링 동안의 오스테나이트 분율을 결정한다. 조성과 냉각속도의 조합에 있어서, 냉각 후의 소망 미세구조가 얻어질 수 있다. 가장 높은 강도 레벨을 위해, 최종 미세구조는 현저한 또는 완전한 마르텐사이트로 구성되어 있다. 냉각 후의 최종 미세구조에 약간의 잔류 오스테나이트가 존재할 수 있다. 팽창계에서의 열처리 또는 열가공 후의 금속조직학 연구는 강의 주어진 화학조성을 위한 정확한 공정 파라미터를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 아연합금은 0.3 - 2.3 wt% 마그네슘 및 0.05 - 2.3 wt% 알루미늄을 포함한다. 마그네슘 레벨을 최대 2.3%로 제한하는 것에 의해, 아연욕에 산화물 드로스의 형성이 감소되며, 상당히 높은 레벨에서 부식 보호를 유지한다. 알루미늄 함량을 제한하는 것에 의해, 용접성이 개선된다. 바람직하게는, 알루미늄은 0.6 - 2.3 wt%이다. 바람직한 실시예에 있어서, 아연합금층내의 실리콘 함량은 0.0010 wt% 미만이다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 아연합금은 0.3 - 4.0 wt% 마그네슘 및 0.05 - 1.6 wt% 알루미늄을 포함한다. 바람직하게는, 알루미늄은 0.3 - 2.3 wt%이다.
바람직한 실시예에 따르면, 강 스트립은 1.6 - 2.3 wt% 마그네슘 및 1.6 - 2.3 wt% 알루미늄을 함유하는 아연합금의 아연합금 코팅층을 갖는다. 이는 이들 값에서 코팅의 부식 보호가 최대이고, 상기 부식 보호가 작은 조성 변화에 영향을 받지 않기 때문에 바람직한 실시예이다. 2.3 wt% 초과의 마그네슘과 알루미늄은 코팅을 보다 고가로 하며, 코팅이 취성을 갖게 하고 코팅의 표면 품질을 열화시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 강 스트립은 0.05 - 1.3 wt% 알루미늄 및/또는 0.3 - 1.3 wt% 마그네슘을 함유하는 아연합금의 아연합금 코팅층을 갖는다. 바람직하게는, 알루미늄은 0.6 - 2.3 wt%이다. 이들 소량의 알루미늄과 마그네슘을 사용하는 경우, 종래의 용융 침지 아연도금욕 및 장치의 주요 변경이 필요하지 않지만, 0.3 내지 1.3 wt% 레벨의 마그네슘은 내부식성을 상당히 개선시킨다. 통상적으로, 이들 양의 마그네슘에 대해, 종래의 욕보다 더 많은 산화물 드로스가 욕에 형성되는 것을 방지하기 위해 0.5 wt% 초과의 알루미늄이 첨가되어야 한다: 드로스는 코팅의 결함을 유발할 수 있다. 이들 마그네슘과 알루미늄 함량을 갖는 코팅은 높은 표면 품질 요구 및 개선된 내부식성이 필요한 용도에 최적이다.
바람직하게는, 아연합금은 0.8 - 1.2 wt% 알루미늄 및/또는 0.8 - 1.2 wt% 마그네슘을 함유한다. 이들 양의 알루미늄과 마그네슘은 종래의 용융 침지 아연도금과 비교하여 제한된 추가비용으로 높은 내부식성, 우수한 표면 품질, 우수한 성형성 및 양호한 용접성을 갖는 코팅을 제공하는데 최적이다.
바람직한 실시예에 따르면, 강 스트립은 알루미늄 함량이 마그네슘 함량(wt%) ± 최대 0.3 wt%인 용융 침지 아연도금 아연합금 코팅층을 갖는다. 욕에 형성된 드로스는 알루미늄 함량이 마그네슘 함량과 같거나 또는 거의 같을 때 상당한 레벨로 억제되는 것을 발견하였다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 코팅된 강 기재는
- 0.15%＜탄소＜0.40%
- 0.8%＜망간＜1.5%
- 0.1%＜실리콘＜0.35%
- 0.01%＜크롬＜1%
- 티타늄＜0.1%
- 알루미늄＜0.1%
- 질소＜0.01%N
- 인＜0.05%
- 황＜0.03%
- 0.0005%＜붕소＜0.01%
- 불가피한 불순물
- 잔부 철을 포함하며,
Ti＞3.4N이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 코팅된 강 기재는
- 0.15 - 0.25% C
- 1.0 - 1.5% Mn
- 0.1 - 0.35% Si
- 최대 0.8%, 바람직하게는 0.1 - 0.4% Cr
- 최대 0.1% Al
- 0 - 0.05%, 바람직하게는 최대 0.03% Nb,
- 0 - 0.01% N
- 0.01 - 0.07% Ti
- ＜0.05%, 바람직하게는 ＜0.03% 인
- ＜0.03% 황
- 0.0005%＜붕소＜0.008%
- 불가피한 불순물
- 잔부 철을 포함하며,
Ti＞3.4N이다.
바람직하게는, B는 0.0015% 이상이다. 붕소의 효과는 붕소 함량이 15 ppm 이상이었을 때 특히 분명히 나타나기 시작하는 것을 발견하였다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 코팅된 강 기재는 하기 조성을 포함한다.
- 0.15 - 0.25% C
- 1.0 - 1.5% Mn
- 0.1 - 0.35% Si
- 최대 0.8%, 바람직하게는 0.1 - 0.4% Cr
- 최대 0.1% Al
- 0 - 0.05%, 바람직하게는 최대 0.03% Nb,
- 0 - 0.01% N
- 0.0015 - 0.008% B
- 0.01 - 0.07% Ti, Ti＞3.4N
- 불가피한 불순물
- 잔부 철
또한, 본 발명은 예를 들면 승용차(car)의 범퍼 빔, 도어 보강재 또는 B-필러(B-pillar) 보강재와 같은 육상 자동차(land motor vehicle)용의 구조 부품 및/또는 도난방지(anti-intrusion) 부품 또는 하부구조 부품을 제조하기 위한 코팅된 열간압연 및/또는 냉간압연 강의 사용에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스트립 또는 시트는 바람직하게는 통상적으로 300 내지 50 mm 두께를 갖는 두꺼운 또는 얇은 주조 슬래브를 연속적으로 열간압연하는 것에 의해 제조된다. 또한, 1 내지 20 mm 두께로 스트립 주조하고, 선택적으로 하나 또는 2 이상의 공형 열간압연(hot-rolling pass)을 실시하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이 열간압연 전구 재료는 본 발명에 따라 코팅 및 사용될 수 있지만, 또한 최종 소망 두께에 따라 냉간압연될 수 있다. 냉간압연 후에, 전구 재료는 본 발명에 따른 코팅으로 코팅된다. 코팅 단계는 전구 재료를 더욱 성형가능하게 하도록 회복 또는 재결정화에 의해 냉간압연 단계의 변형된 미세구조를 변경시키기 위한 어닐링 단계 후에 실시될 수 있다. 스트립 또는 시트는 그 후에 열가공 정형단계에서 연속적으로 사용될 수 있다.
특히, 코팅은 냉간 부식 뿐만 아니라 열간 부식에 대해 기본 시트(basic sheet)를 보호하는 기능을 갖는다. 본 발명에 따른 시트의 인도 상태에서의 기계적 특성은 특히 딥 스탬핑(deep stamping)과 같은 매우 다양한 정형을 허용한다. 열간-정형 공정과 동시 또는 정형 후에 적용된 열처리에 의해 1500 MPa 초과의 인장강도 및 1200 MPa의 항복강도의 높은 강도 값을 얻는 것이 가능하다. 최종 기계적 특성은 조정가능하며, 강의 화학 조성, 특히 탄소 함량 및 그의 열처리에 의존한다.
예를 들면, 0.21% 탄소, 1.27% 망간, 0.012% 인, 0.001% 황, 0.18% 실리콘, 0.031% 알루미늄, 0.014% 구리, 0.020% 니켈, 0.18% 크롬, 0.0050% 질소, 0.018% 티타늄, 0.002% 붕소를 함유하는 본 발명에 따른 칼슘 처리 강 시트는 본 발명에 따른 아연합금 코팅층으로 코팅된다.
본 발명에 따르면, 시트는 코일 상에 또는 시트로서 공급될 수 있고 0.25 mm 내지 15 mm, 바람직하게는 0.3 mm 내지 5 mm의 두께를 가질 수 있으며, 도장, 접착 또는 인산염처리를 위한 양호한 능력 뿐만 아니라 양호한 정형 특성 및 부식에 대한 양호한 저항을 갖는다.
시트, 코팅된 강 제품은 최종 성형 제품의 사용 동안 뿐만 아니라 열가공 정형처리 동안 공급 상태에서 부식에 대한 양호한 저항을 제공한다. 열처리 후에, 1200 MPa 초과 또는 이 보다 더 높은 실질 인장강도가 얻어진다.

Claims (13)

1000MPa을 초과하는 항복 강도 및 1200MPa을 초과하는 인장 강도의 초고강도를 갖는 최종 제품을 열가공 정형하는 방법에 있어서,
- 하기 조성(모든 퍼센트는 wt%)을 포함하는 코팅된 열간압연 및/또는 냉간압연 강 스트립 또는 시트를 제공하는 단계:
o 0.04%＜탄소＜0.5%
o 0.5%＜망간＜3.5%
o 0%<실리콘＜1.0%
o 0.01%＜크롬＜1%
o 0%<티타늄＜0.2%
o 0%<알루미늄＜2.0%
o 0%<인＜0.1%
o 0%<질소＜0.015%
o 0%<황＜0.05%
o 0%<붕소＜0.015%
o Ti-3.4N＜0.05%
o 불가피한 불순물
o 잔부 철
o 상기 강은 아연합금 코팅층으로 코팅되며, 상기 아연합금은 0.3 - 2.3% Mg 및 0.6 - 2.3% Al; Pb, Sb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되고 합하여 최대 0.2%의 하나 또는 2 이상의 선택적 첨가 원소; 불가피한 불순물; 잔부 아연으로 구성되며,
- 강 시트 블랭크를 얻기 위해 상기 강 시트를 절단하는 단계; 및
- 최종 특성을 갖는 최종 제품으로 상기 강 시트 블랭크를 열가공 정형하는 단계를 포함하며, 상기 열가공 정형단계는 블랭크에 적어도 부분적으로 오스테나이트가 형성되도록 Ac1 초과 온도로 가열하고, 상기 블랭크를 고온에서 제품으로 정형하며, 최종 특성을 갖는 최종 제품을 얻도록 상기 제품을 급랭하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 열가공 정형 방법.
제 1 항에 있어서,
- 하기 조성(모든 퍼센트는 wt%)을 포함하는 코팅된 열간압연 및/또는 냉간압연 강 스트립 또는 시트를 제공하는 단계:
o 0.15%＜탄소＜0.5%
o 0.5%＜망간＜3%
o 0.1%＜실리콘＜0.5%
o 0.01%＜크롬＜1%
o 티타늄＜0.2%
o 알루미늄＜0.1%
o 인＜0.1%
o 질소＜0.01%
o 황＜0.05%
o 0.0005%＜붕소＜0.015%
o 불가피한 불순물
o 잔부 철
o 상기 강은 아연합금 코팅층으로 코팅되며, 상기 아연합금은 0.3 - 2.3% Mg 및 0.6 - 2.3% Al; 합하여 최대 0.2%의 하나 또는 2 이상의 선택적 첨가 원소; 불가피한 불순물; 잔부 아연으로 구성되며,
- 강 시트 블랭크를 얻기 위해 상기 강 시트를 절단하는 단계;
- 최종 특성을 갖는 최종 제품으로 상기 강 시트 블랭크를 열가공 정형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가공 정형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 아연합금 코팅층은 1.6 - 2.3 wt% 마그네슘 및 1.6 - 2.3 wt% 알루미늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 열가공 정형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 강은
- 0.15%＜탄소＜0.40%
- 0.8%＜망간＜1.5%
- 0.1%＜실리콘＜0.35%
- 0.01%＜크롬＜1%
- 질소<0.01%
- 티타늄＜0.1%
- 알루미늄＜0.1%
- 인＜0.05%
- 황＜0.03%
- 0.0005%＜붕소＜0.01%
- 불가피한 불순물
- 잔부 철을 포함하며,
Ti＞3.4N인 것을 특징으로 하는 열가공 정형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 강은 0.0015% 이상의 붕소(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가공 정형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 강은 Ti-3.4N＜0.02%를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가공 정형 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 최종 제품은 자동차 부품인 것을 특징으로 하는 열가공 정형 방법.
육상 자동차용 구조 부품, 육상 자동차용 도난방지 부품 또는 육상 자동차용 하부구조 부품으로 이루어지는 그룹에서 선택되는, 제 1 항 또는 제 2 항에 따라 제조된 제품.
제 8 항에 있어서,
상기 제품은 승용차의 범퍼 빔, 도어 보강재 또는 B-필러 보강재로 이루어지는 그룹에서 선택되는, 제품.
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KR1020097018539A 2007-02-23 2008-02-22 초고강도를 갖는 최종 제품을 열가공 정형하는 방법 및 이에 의해 제조된 제품 KR101504370B1 (ko)

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EP07003812.0 2007-02-23
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