KR101656977B1 - 충격 흡수 부재에 적합한 강판과 그 제조 방법 - Google Patents

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요시아키 나카자와
다쿠야 니시오
마사유키 와키타
준 하가
도시로 도미다
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Abstract

자동차의 충격 흡수 부재의 소재에 적합한, 충격 흡수 에너지가 높고, 압궤하더라도 균열이 발생하기 어려운 강판은, 질량%로, C: 0.08%~0.30%, Mn: 1.5%~3.5%, Si＋Al: 0.50%~3.0%, P: 0.10% 이하, S: 0.010% 이하, 및 N: 0.010% 이하, 경우에 따라 또한 Cr: 0.5% 이하, Mo: 0.5% 이하, B:0.010% 이하, Ti: 0.04% 미만, Nb: 0.030% 미만 및 V: 0.5% 미만, Ca: 0.010% 이하, Mg: 0.010% 이하, REM: 0.050% 이하, 및 Bi: 0.050% 이하로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 화학 조성을 가지고, 면적%로, 베이나이트: 50% 초과, 마텐자이트: 3%~30%, 및 잔류 오스테나이트: 3%~15%를 함유하며, 잔부가 평균 입경 5μm 미만의 페라이트로 이루어지는 미크로 조직을 가지고, 또한 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱이 300%2 이상이며, 5% 유효 유동 응력이 900MPa 이상인 기계 특성을 가진다.

Description

충격 흡수 부재에 적합한 강판과 그 제조 방법{STEEL SHEET SUITABLE AS IMPACT ABSORBING MEMBER, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 강판 및 충격 흡수 부재와 이 강판의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 유효 유동 응력이 높고, 충격 하중 부하 시에 있어서의 균열의 발생이 억제된 충격 흡수 부재의 소재로서 적합한 강판 및 그 제조 방법과, 이 강판으로 이루어지는 충격 흡수 부재에 관한 것이다.
최근, 지구 환경 보호의 관점으로부터, 자동차로부터의 CO2 배출량의 저감의 한 수단으로서 자동차 차체의 경량화가 요구되고 있다. 그로 인해, 자동차용 강판의 고강도화가 지향되고 있다. 이는, 강판의 강도가 증대하면, 자동차용 강판의 박육화(薄肉化)가 가능해져, 자동차 차체를 경량화할 수 있기 때문이다.
한편, 자동차의 충돌 안전성 향상에 대한 사회적 요구도 한층 높아지고 있다. 그래서, 단순히 강판을 고강도화할 뿐만 아니라, 주행 중에 충돌했을 경우의 내충격성이 뛰어난 강판의 개발이 요구되고 있다. 자동차용 부재의 각 부위는, 충돌시에 수 10~103/s의 높은 변형 속도로 변형을 받기 때문에, 자동차 용도에는 동적 강도 특성이 뛰어난 고강도 강판이 요구된다.
동적 강도 특성이 뛰어난 고강도 강판으로서, 정동차(정적 강도와 동적 강도의 차)가 높은 저합금 TRIP 강판(가공 야기 변태형 고강도 강판)이나, 마텐자이트를 주체로 하는 제2상을 가지는 복상 조직 강판이라고 하는 고강도 복상 조직 강판이 알려져 있다.
저합금 TRIP 강판에 관해서는, 예를 들어, 특허 문헌 1에, 동적 변형 특성이 뛰어난 자동차 충돌 에너지 흡수용의 가공 야기 변태형 고강도 강판이 개시되어 있다.
마텐자이트를 주체로 하는 제2상을 가지는 고강도 복상 조직 강판에 관한 종래 기술로서는, 하기의 특허 문헌을 들 수 있다.
특허 문헌 2에는, 페라이트상과 이에 분산하고 있는 경질 제2상으로 이루어지는 복상 조직을 가지고, 상기 페라이트상에 있어서의 결정 입경 1.2μm 이하의 나노 결정 입자의 평균 입경 ds와 결정 입경이 1.2μm를 초과하는 미크로 결정 입자의 평균 결정 입경 dL이 dL/ds≥3의 관계를 만족하는, 강도와 연성 밸런스가 뛰어나며, 또한, 정동차가 170MPa 이상인 고강도 강판과 그 제조 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 3에는, 평균 입경이 3μm 이하인 마텐자이트와 평균 입경이 5μm 이하인 페라이트의 2상 조직으로 이루어지며, 정동비가 높은 열연 강판과 그 제조 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 4에는, 평균 입경이 3.5μm 이하인 페라이트상을 75% 이상 함유하며, 잔부가 뜨임 마텐자이트로 이루어지는 2상 조직을 가지는, 충격 흡수 특성이 뛰어난 냉연 강판과 그 제조 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 5에는, 예비 변형을 가함으로써 페라이트와 마텐자이트로 구성되는 2상 조직으로 하고, 5×102~5×103/s의 변형 속도에 있어서의 정동차가 60MPa 이상인 냉연 강판과 그 제조 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 6에는, 85% 이상의 베이나이트와 마텐자이트 등의 경질상으로 이루어지는 복상 조직을 가지는, 내충격 특성이 뛰어난 고강도 열연 강판이 개시되어 있다.
일본국 특허 공개 평11－80879호 공보 일본국 특허 공개 2006－161077호 공보 일본국 특허 공개 2004－84074호 공보 일본국 특허 공개 2004－277858호 공보 일본국 특허 공개 2000－17385호 공보 일본국 특허 공개 평11－269606호 공보
충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 향상시키려면, 충격 흡수 부재의 소재인 강판의 고강도화가 유효하다. 즉, 강판의 고강도화는, 박육화(경량화)를 가능하게 할 뿐만 아니라, 충격 흡수 에너지의 향상도 가능하게 한다. 이는, 강판 소재의 고강도화에 수반하여, 소성 변형에 필요로 하는 유동 응력이 증가하기 때문이다. 일반적으로 충격 흡수 부재는 충돌에 의한 소성 변형에 의해 충돌에 의한 에너지를 흡수하기 때문에, 고강도화에 의해 충격 흡수 능력은 증가 경향에 있다.
그러나 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지는, 소재가 되는 강판의 판두께에 크게 의존한다. 이는, 예를 들어, 「소성과 가공」 제46권, 제534호 641~645페이지에, 강판의 충격 흡수 에너지를 결정짓는 평균 하중(Fave)에 대해 하기 관계식이 성립하기 때문에 분명하다.
Fave∝(σY·t2)/4
(식 중, σY: 유효 유동 응력, t: 판두께)
유효 유동 응력이란, 어느 변형값에 있어서의 유동 응력을 의미한다.
즉, 평균 하중(Fave)은 판두께 t의 2승에 정비례한다. 따라서, 단순히 강판을 고강도화하는 것만으로는, 충격 흡수 부재에 대해 박육화와 고충격 흡수 성능을 양립시키는 것에 한계가 있다.
한편, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지는, 그 형상에도 크게 의존한다. 이것은, 예를 들어, 국제 공개 제2005/010396호 팸플릿, 국제 공개 제2005/010397호 팸플릿, 또한 국제 공개 제2005/010398호 팸플릿에 개시되어 있다.
따라서, 충돌에 의해 충격을 받았을 때의 소성 변형 작업량을 증대시키도록 충격 흡수 부재의 형상을 최적화함으로써, 단순히 강판을 고강도화하는 것만으로는 달성할 수 없는 레벨까지, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 비약적으로 높일 수 있을 가능성이 있다.
그러나 소성 변형 작업량을 증대시키도록 충격 흡수 부재의 형상을 최적화했다고 하더라도, 강판이 그 소성 변형 작업량에 견딜 수 있는 변형 능력을 가지고 있지 않으면, 자동차의 충돌시에, 상정하고 있던 소성 변형이 완료하기 전에, 충격 흡수 부재에 조기에 균열이 발생해 버린다. 그 결과, 충격 흡수 부재의 소성 변형 작업량을 증대시키지 못해, 그 충격 흡수 에너지를 비약적으로 높일 수 없다. 또, 충격 흡수 부재에 조기에 균열이 발생하면, 이 충격 흡수 부재에 인접하여 배치된 다른 부재가 손상되는 등의 예기치 못한 사태를 초래할 수도 있다.
상기 특허 문헌에 개시되는 바와 같이, 종래는, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지가 강판의 동적 강도(정동차 또는 정동비)에 의존한다고 하는 기술 사상에 의거하여, 강판의 동적 강도를 높이는 것이 지향되어 왔다. 그러나 단순히 강판의 동적 강도를 높이는 것을 지향하는 것에서는, 현저한 변형 능력의 저하를 초래하는 경우가 있다. 이로 인해, 소성 변형 작업량을 증대시키도록 충격 흡수 부재의 형상을 최적화했다고 하더라도, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 비약적으로 높일 수 있다고는 할 수 없었다.
또한, 종래는, 상기 기술 사상에 의거하여 제조된 강판의 사용을 전제로 하여 충격 흡수 부재의 형상이 검토되어 왔기 때문에, 충격 흡수 부재의 형상의 최적화는, 애초부터 기존의 강판의 변형 능력을 전제로 하여 검토되어 왔다. 그로 인해, 소성 변형 작업량을 증대시키도록, 강판의 변형 능력을 높임과 더불어, 충격 흡수 부재의 형상을 최적화한다고 하는 관점으로부터의 검토는 충분히 이루어져 오지 않았다.
상기 서술한 바와 같이, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 높이기 위해서는, 소성 변형 작업량을 증대시키도록 강판을 고강도화하는 것에 더해, 충격 흡수 부재의 형상을 최적화하는 것이 중요하다.
강판에 관해서는, 소성 변형 작업량을 증대시킬 수 있는 충격 흡수 부재의 형상의 최적화를 가능하게 하도록, 유효 유동 응력을 높이는 것이 중요하다. 강판의 유효 유동 응력을 높이면, 충격 하중 부하 시에 있어서의 균열의 발생을 억제하면서 강판의 소성 변형 작업량을 증대시키는 것이 가능해진다.
본 발명자들은, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 높이는 것을 가능하게 하기 위해, 강판에 대해, 충격 하중 부하 시에 있어서의 균열의 발생을 억제하고, 동시에 유효 유동 응력을 높일 수 있는 수단에 대해 검토하여, 이하에 열기하는 새로운 지견을 얻었다.
(A) 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 높이려면, 소재가 되는 강판에 대해 5%의 진변형을 부여했을 때의 유효 유동 응력(이하, 「5% 유동 응력」이라고 기재한다)을 향상시키는 것이 유효하다.
(B) 충격 하중 부하 시에 있어서의 충격 흡수 부재의 균열의 발생을 억제하려면, 소재가 되는 강판의 균일 신장률과 국부 연성을 향상시키는 것이 유효하다.
(C) 강판의 5% 유동 응력을 높이려면, 그 항복 강도와 저변형역에 있어서의 가공 경화 계수를 향상시키는 것이 유효하다.
(D) 강판의 항복 강도와 저변형역에 있어서의 가공 경화 계수를 향상시키려면, 강판의 강 조직을, 베이나이트를 주상으로 하고, 베이나이트보다 경질인 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트를 제2상에 함유하는 복상 조직으로 하는 것이 필요하다.
(E) 상기 복상 조직의 제2상에 함유되는 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트는, 강판의 저변형역에 있어서의 가공 경화 계수의 향상과 균일 신장률의 향상에 기여한다. 따라서, 마텐자이트 면적률 및 잔류 오스테나이트 면적률의 하한을 한정할 필요가 있다.
(F) 한편, 마텐자이트 면적률이나 잔류 오스테나이트 면적률이 과대하면, 강판의 국부 연성의 저하를 초래한다. 따라서, 마텐자이트 면적률 및 잔류 오스테나이트 면적률의 상한을 한정할 필요가 있다.
(G) 잔부 조직인 페라이트가 조대(粗大)하면, 연질인 페라이트에 변형이 집중하기 쉬워져, 강판의 항복 강도가 저하하고, 또한 그 국부 연성의 저하를 초래한다. 따라서, 페라이트의 평균 입경의 상한을 규정할 필요가 있다.
(H) 상기 서술한 바와 같이, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 높이려면, 강판의 5% 유동 응력을 향상시키는 것이 유효하고, 충격 하중 부하 시에 있어서의 상기 부재의 균열의 발생을 억제하려면, 강판의 균일 신장률과 국부 연성을 향상시키는 것이 유효하다. 이들을 실현하기 위한 지표로서, 최근의 어려운 요구에 답하기 위해, 강판에 있어서 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱이 300%2 이상, 또한, 5%의 진변형을 부여했을 때의 유효 유동 응력이 900MPa 이상으로 하는 것이 필요하다.
(I) 주상인 베이나이트와 제2상에 함유되는 마텐자이트의 경도비를 적당히 억제하면, 소성 변형에 의한 가동 전위의 발생이 억제되어, 더욱 높은 항복 강도를 확보하는 것이 용이해진다. 따라서, 주상인 베이나이트와 마텐자이트의 경도비의 상한을 한정하는 것이 바람직하다.
(J) 한편, 주상인 베이나이트와 제2상에 함유되는 마텐자이트의 경도비를 적당히 크게 하면, 마텐자이트를 함유시키는 것에 의한 저변형역에 있어서의 가공 경화 계수의 향상과 균일 신장률의 향상을 도모하는 것이 용이해진다. 따라서, 주상인 베이나이트와 마텐자이트의 경도비의 하한을 한정하는 것이 바람직하다.
(K) 베이나이트를 주상으로 하는 복상 조직 강판에 있어서, 소성 변형에 의해 베이나이트에만 변형이 집중하여 가공 경화하는 것을 억제하면, 베이나이트 중의 전단대나 입계에 따른 균열의 발생이 억제되어, 국부 연성의 향상을 도모하는 것이 용이해진다. 한편, 소성 변형에 의해 제2상의 과도한 경화를 억제하면, 주상과 제2상의 경도차가 커지는 것을 회피할 수 있고, 양자의 계면으로부터 균열의 발생이 억제되어, 강판의 국부 연성의 향상을 도모하는 것이 용이해진다.
따라서, 베이나이트를 주상으로 하는 복상 조직 강판에 있어서 더 높은 국부 연성을 얻으려면, 주상인 베이나이트와 제2상의 사이에서 변형을 적당히 분배시키는 것이 바람직하다. 즉, 소성 변형시에 주상인 베이나이트와 제2상을 동일한 정도로 가공 경화시키는 것이 바람직하다. 이로 인한 지표로서는, 10% 인장 변형 후의 가공 경화율의 비율을 이용하는 것이 적합하다. 즉, 베이나이트를 주상으로 하고 제2상에 마텐자이트를 함유하는 복상 조직 강판에 있어서는, 10% 인장 변형 후의 베이나이트의 가공 경화율과 10% 인장 변형 후의 마텐자이트의 가공 경화율의 비에 대해 상한 및 하한을 한정하는 것이 바람직하다.
(L) 상기 서술한 미크로 조직을 가지는 강판은, 다음에 자세하게 설명하는 바와 같이, 특정의 화학 조성, 열간 압연 조건, 냉간 압연 조건 및 소둔 조건을 조합함으로써 얻을 수 있다.
상기의 새로운 지견에 의거하는 본 발명은, 질량%로, C: 0.08% 이상 0.30% 이하, Mn: 1.5% 이상 3.5% 이하, Si＋Al: 0.50% 이상 3.0% 이하, P: 0.10% 이하, S: 0.010% 이하, N: 0.010% 이하, Cr: 0~0.5% 이하, Mo: 0~0.5% 이하, B: 0~0.01% 이하, Ti: 0~0.04% 미만, Nb: 0~0.030% 미만, V: 0~0.5% 미만, Ca: 0~0.010% 이하, Mg: 0~0.010% 이하, REM: 0~0.050% 이하, 및 Bi: 0~0.050% 이하, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지고；면적%로, 베이나이트: 50% 초과, 마텐자이트: 3% 이상 30% 이하, 및 잔류 오스테나이트: 3% 이상 15% 이하를 함유하며, 잔부가 평균 입경 5μm 미만의 페라이트로 이루어지는 미크로 조직을 가지고；그리고 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱이 300%2 이상이며, 5%의 진변형을 부여했을 때의 유효 유동 응력이 900MPa 이상인 기계 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 강판이다.
여기서 「5%의 진변형을 부여했을 때의 유효 유동 응력」이란, 5%의 진변형을 부여하여 소성 변형을 개시시킨 경우에, 소성 변형을 계속 일으키는데 필요한 유동 응력을 의미한다. 이 유효 유동 응력은, 단순 인장에 있어서 얻어지는 진응력-진변형 곡선으로부터 진변형 5%에 있어서의 진응력값에 의해 구할 수 있다.
상기 미크로 조직은 하기 식(1) 및 (2)를 만족하는 것이 바람직하다:
1.2≤HM0/HB0≤1.6 (1)
0.9≤｛(HM10/HM0)/(HB10/HB0)｝≤1.3 (2)
식 중,
HM0: 상기 마텐자이트의 초기 평균 나노 경도,
HB0: 상기 베이나이트의 초기 평균 나노 경도,
HM10: 10% 인장 변형 후의 상기 마텐자이트의 평균 나노 경도,
HB10: 10% 인장 변형 후의 상기 베이나이트의 평균 나노 경도.
평균 나노 경도는, 실시예에 기재한 방법에 의해 구할 수 있다. 초기 평균 나노 경도란, 인장 변형 부여 전의 나노 경도를 의미한다.
상기 화학 조성은, 질량%로, Cr: 0.1% 이상 0.5% 이하, Mo: 0.1% 이상 0.5% 이하, B: 0.0010% 이상 0.010% 이하, Ti: 0.01% 이상 0.04% 미만, Nb: 0.005% 이상 0.030% 미만, V: 0.010% 이상 0.5% 미만, Ca: 0.0008% 이상 0.010% 이하, Mg: 0.0008% 이상 0.010% 이하, REM: 0.0008% 이상 0.050% 이하, 및 Bi: 0.0010% 이상 0.050% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은, 축 압괴하여 주름상자형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 흡수하는 충격 흡수부를 가지는 충격 흡수 부재로서, 상기 충격 흡수부가 상기 강판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 부재이다.
또 다른 측면에 있어서, 본 발명은, 하기 공정(A)~(C)를 가지는 것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법이다:
(A) 상기 화학 조성을 가지는 슬래브에, Ar3점 이상에서 압연을 완료하는 다패스 열간 압연을 실시하고, 얻어진 강판을, 압연 완료 후 0.4초간 이내에 냉각을 개시함과 더불어, 평균 냉각 속도가 600℃/초 이상, 또한, 최종 압연 패스의 2개 전의 압연 패스에 있어서의 압연 완료로부터 720℃까지 냉각하는데 필요로 하는 시간이 4초간 이하가 되는 냉각 조건으로 620℃ 이상 720℃ 이하의 온도역까지 냉각하며, 상기 온도역에 1초간 이상 10초간 이하 유지한 후, 10℃/초 이상 100℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 300℃ 이상 610℃ 이하의 온도역까지 냉각하고 권취함으로써 열연 강판을 얻는 열간 압연 공정；
(B) 상기 열간 압연 공정에 의해 얻어진 열연 강판에, 40% 이상 70% 이하의 압하율의 냉간 압연을 실시함으로써 냉연 강판으로 하는 냉간 압연 공정； 및
(C) 상기 냉간 압연 공정에 의해 얻어진 냉연 강판에, (Ac3점-30℃) 이상 (Ac3점＋100℃) 이하의 온도역에 10초간 이상 300초간 이하 유지하고, 이어서 500℃ 이상 650℃ 이하의 온도역을 15℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하며, 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 3000초간 이하 유지하는 열처리를 실시하는 소둔 공정.
본 발명에 따른 강판은, 축 압괴하여 주름상자형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 흡수하는 충격 흡수부를 가지는 충격 흡수 부재에 있어서의 상기 충격 흡수부의 소재로서 적합하고, 특히 자동차용의 충격 흡수 부재의 소재로서 적합하다. 구체적으로는, 본 강판은, 예를 들어, 닫힌 단면을 가지는 통형상의 본체를 가지는 자동차의 크래시 박스(범퍼 리인포스를 지지하면서, 예를 들어 사이드 멤버라고 하는 보디 쉘에 장착되고, 범퍼 리인포스로부터 부하되는 충격 하중에 의해 축 압괴하여 주름상자형상으로 소성 변형한다)의 소재로서 이용하는 것이 바람직하다. 본 강판은 또, 자동차의 사이드 멤버, 프론트 어퍼 레일, 사이드실, 크로스 멤버의 소재로서도 유리하게 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 강판으로부터 충격 흡수 부재를 제조하면, 충격 하중이 부하 되었을 때의 균열의 발생을 억제 또는 해소할 수 있음과 더불어 유효 유동 응력이 높은 충격 흡수 부재를 얻는 것이 가능해져, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 비약적으로 높일 수 있다. 이러한 충격 흡수 부재를 자동차 등의 제품에 적용함으로써, 그 제품의 충돌 안전성을 한층 향상시키는 것이 가능하게 되므로, 본 발명은 산업상 매우 유익하다.
도 1은 충격 흡수 부재의 적용 부위의 예를 도시하는 설명도이다.
도 2는 충격 흡수부의 형상의 일례를 도시하는 이면도이다.
도 3은 충격 흡수부의 형상의 일례를 도시하는 이면도이다.
이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 강의 화학 조성에 관한 %는 모두 질량%이다. 이하의 설명은 본 발명의 예시를 목적으로 하는 것이며, 본 발명을 제한하려는 의도는 없다.
1. 화학 조성
(1) C: 0.08% 이상 0.30% 이하
C는, 주상인 베이나이트 및 제2상에 함유되는 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트의 생성을 촉진하는 작용을 가진다. C는 또, 마텐자이트의 강도를 높임으로써 강판의 인장 강도를 향상시키는 작용을 가진다. 또한, C는 고용강화에 의해 강을 강화하고, 강판의 항복 강도 및 인장 강도를 향상시키는 작용을 가진다.
C함유량이 0.08% 미만에서는, 상기 작용에 의한 효과를 얻는 것이 어려운 경우가 있다. 따라서, C함유량은 0.08% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.12% 초과, 더 바람직하게는 0.14% 초과이다. 한편, C함유량이 0.30%를 초과하면, 마텐자이트나 오스테나이트가 과잉으로 생성되어, 강판의 국부 연성의 현저한 저하를 초래하는 경우가 있다. 또, 용접성의 열화가 현저해진다. 따라서, C함유량은 0.30% 이하로 한다. 바람직하게는 0.20% 미만, 더 바람직하게는 0.19% 미만이다.
(2) Mn: 1.5% 이상 3.5% 이하
Mn은, 주상인 베이나이트 및 제2상에 함유되는 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트의 생성을 촉진하는 작용을 가진다. Mn은 또, 고용강화에 의해 강을 강화하고, 강판의 항복 강도 및 인장 강도를 향상시키는 작용을 가진다. 또한, Mn은 고용강화에 의해 베이나이트의 강도를 높이므로, 고변형 부하 조건하에 있어서의 베이나이트의 경도를 높임으로써 강판의 국부 연성을 향상시키는 작용을 가진다.
Mn함유량이 1.5% 미만에서는, 상기 작용에 의한 효과를 얻는 것이 어려운 경우가 있다. 따라서, Mn함유량은 1.5% 이상으로 한다. 바람직하게는 1.8% 초과, 더 바람직하게는 2.0% 초과, 특히 바람직하게는 2.2% 초과이다. 한편, Mn함유량이 3.5% 초과에서는, 베이나이트 변태를 과도하게 지연시켜 버려, 그 결과, 잔류 오스테나이트의 안정화를 도모하지 못해, 소정의 잔류 오스테나이트를 확보하는 것이 어려워진다. 따라서, Mn함유량은 3.5% 이하로 한다. 바람직하게는 3.1% 미만, 더 바람직하게는 2.8% 미만, 특히 바람직하게는 2.5% 미만이다.
(3) Si＋Al: 0.50% 이상 3.0% 이하
Si 및 Al은, 베이나이트 중의 탄화물의 생성을 억제함으로써 잔류 오스테나이트의 생성을 촉진하여, 강판의 균일 연성이나 국부 연성을 향상시키는 작용을 가진다. 또, 고용강화에 의해 강을 강화하여, 강판의 항복 강도 및 인장 강도를 향상시키는 작용을 가진다. 또한, 고용강화에 의해 베이나이트의 강도를 높이므로, 고변형 부하 조건하에 있어서의 베이나이트의 경도를 높임으로써 강판의 국부 연성을 향상시키는 작용을 가진다.
Si 및 Al의 합계 함유량(이하, 「(Si＋Al) 함유량」이라고도 한다)이 0.50% 미만에서는 상기 작용에 의한 효과를 얻는 것이 어렵다. 따라서, (Si＋Al) 함유량은 0.50% 이상으로 한다. 바람직하게는 1.0% 이상, 더 바람직하게는 1.3% 이상이다. 한편, (Si＋Al) 함유량을 3.0% 이상으로 해도, 상기 작용에 의한 효과는 포화해 버려 비용적으로 불리해진다. 또, 변태점의 고온화를 초래하여 생산성을 저해한다. 따라서, (Si＋Al) 함유량은 3.0% 이하로 한다. 바람직하게는 2.5% 이하, 더 바람직하게는 2.2% 미만, 특히 바람직하게는 2.0% 미만이다.
Si는 뛰어난 고용강화 능력을 가지기 때문에, Si함유량은 0.50% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.0% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, Si는, 강판의 화성 처리성이나 용접성을 저하시키는 작용을 가지므로, Si함유량은 1.9% 미만으로 하는 것이 바람직하고, 1.7% 미만으로 하는 것이 더 바람직하며, 1.5% 미만으로 하는 것이 특히 바람직하다.
(4) P: 0.10% 이하
P는, 일반적으로 불순물로서 함유되고, 입계에 편석하여 강을 취화시켜, 충격 하중 부하 시에 있어서의 균열의 발생을 촉진하는 작용을 가진다. P함유량이 0.10% 초과에서는, 상기 작용에 의한 강의 취화가 현저해져, 충격 하중 부하시에 있어서의 균열의 발생을 억제하는 것이 어려워진다. 따라서, P함유량은 0.10% 이하로 한다. 바람직하게는 0.020% 미만, 더 바람직하게는 0.015% 미만이다.
(5) S: 0.010% 이하
S는, 일반적으로 불순물로서 함유되고, 황화물계 개재물을 강 중에 형성하여, 성형성을 열화시키는 작용을 가진다. S함유량이 0.010% 초과에서는 상기 작용에 의한 영향이 현재화한다. 따라서, S함유량은 0.010% 이하로 한다. 바람직하게는 0.005% 이하, 더 바람직하게는 0.003% 미만, 특히 바람직하게는 0.001% 이하이다.
(6) N: 0.010% 이하
N은, 일반적으로 불순물로서 강 중에 함유되어, 강판의 연성을 열화시키는 작용을 가진다. N함유량이 0.010% 초과에서는, 이 연성 저하가 현저해진다. 따라서, N함유량은 0.010% 이하로 한다. 바람직하게는 0.0060% 이하, 더 바람직하게는 0.0050% 이하이다.
이하에 설명하는 원소는, 필요에 따라 강에 함유시킬 수 있는 임의 원소이다.
(7) Cr: 0.5% 이하 및 Mo: 0.5% 이하 및 B: 0.01% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상
Cr, Mo 및 B는, 담금질성을 높여, 베이나이트의 생성을 촉진하는 작용을 가진다. 또, 마텐자이트나 잔류 오스테나이트의 생성을 촉진하는 작용을 가진다. 게다가 또, 고용강화에 의해 강을 강화하여, 강판의 항복 강도 및 인장 강도를 향상시키는 작용을 가진다. 따라서, Cr, Mo 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종을 함유시켜도 된다.
그러나 Cr함유량이 0.5%를 초과하거나, Mo함유량이 0.5%를 초과하거나, B함유량이 0.01%를 초과하면, 강판의 균일 신장률이나 국부 연성의 현저한 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Cr함유량은 0.5% 이하, Mo함유량은 0.5% 이하, B함유량은 0.01% 이하로 한다. 상기 작용에 의한 효과를 더욱 확실히 얻으려면 Cr: 0.1% 이상, Mo: 0.1% 이상 및 B: 0.0010% 이상 중 어느 한쪽을 만족시키는 것이 바람직하다.
(8) Ti: 0.04% 미만, Nb: 0.030% 미만 및 V: 0.5% 미만으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상
Ti, Nb 및 V에는, 강 중에 탄질화물을 형성하는 등 하여 소둔 중의 오스테나이트의 입자 성장을 억제하여, 균열 감수성을 저하시키는 작용이 있다. 또, 베이나이트 중에 석출하여 석출 강화의 작용에 의해 강판의 항복 강도를 향상시키는 작용도 가진다. 따라서, Ti, Nb 및 V 중 1종 또는 2종 이상을 함유시켜도 된다.
그러나 Ti함유량은 0.04% 이상, Nb함유량은 0.030% 이상, V함유량은 0.5% 이상으로 하더라도, 상기 작용에 의한 효과는 포화하여 비용적으로 불리해진다. 따라서, Ti함유량은 0.04% 미만, Nb함유량은 0.030% 미만, V함유량은 0.5% 미만으로 한다. Ti함유량은 0.020% 미만으로 하는 것이 바람직하다. Nb함유량은 0.020% 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.015% 이하로 하는 것이 더 바람직하다. V함유량은 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 작용에 의한 효과를 더욱 확실히 얻으려면, Ti: 0.01% 이상, Nb: 0.005% 이상 및 V: 0.010% 이상 중 어느 한쪽을 만족시키는 것이 바람직하다. Nb를 함유시키는 경우에는, Nb함유량을 0.010% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.
(9) Ca: 0.010% 이하, Mg: 0.010% 이하, REM: 0.050% 이하 및 Bi: 0.050% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상
Ca, Mg 및 REM은, 개재물의 형상을 제어함으로써, 또, Bi는, 응고 조직을 미세화함으로써, 모두 강판의 국부 연성을 향상시키는 작용을 가진다. 따라서, 이들 원소 중 1종 또는 2종 이상을 함유시켜도 된다.
그러나 Ca 및 Mg에 대해서는 0.010%를 초과하여 함유시키면, 또, REM에 대해서는 0.050%를 초과하여 함유시키면, 강 중에 조대한 산화물을 많이 생성해 버려, 강판의 성형성이 손상된다. Bi에 대해서는, 0.050%를 초과하여 함유시키면 입계에 편석하여 용접성을 저해한다. 따라서, 각 원소의 함유량을 상기와 같이 규정한다. Ca, Mg 및 REM의 함유량은, 각각 0.0020% 이하로 하는 것이 바람직하고, Bi의 함유량은 0.010% 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 작용에 의한 효과를 더욱 확실히 얻으려면, Ca: 0.0008% 이상, Mg: 0.0008% 이상, REM: 0.0008% 이상 및 Bi: 0.0010% 중 어느 한쪽의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
여기서, REM이란, Sc, Y, 및 란타노이드의 합계 17 원소를 가리키고, 란타노이드의 경우, 공업적으로는 미쉬메탈의 형태로 첨가된다. 또한, 본 발명에서는, REM의 함유량은 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다.
2. 미크로 조직
(1) 복상 조직
본 발명에 따른 강판의 강 조직은, 높은 항복 강도와 저변형역의 높은 가공 경화 계수를 얻어 유효 유동 응력을 높이기 위해, 베이나이트를 주상으로 하고, 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트를 제2상에 함유하는 복상 조직으로 한다. 제2상의 잔부는 페라이트이다.
(2) 베이나이트의 면적률: 50% 초과
베이나이트를 주상으로 하는 복상 조직 강판에 있어서, 베이나이트 면적률은 강판의 항복 강도에 영향을 미친다. 즉, 베이나이트의 면적률을 높임으로써 항복 강도가 향상한다. 베이나이트의 면적률이 50% 미만에서는, 항복 강도의 부족에 의해 양호한 충격 흡수 능력을 가지는 충격 흡수 부재를 얻는 것이 어려워진다. 그로 인해, 베이나이트의 면적률을 50% 초과 이상으로 한다.
(3) 마텐자이트 면적률: 3% 이상 30% 이하
베이나이트를 주상으로 하는 복상 조직 강판에 있어서, 마텐자이트는 강판의 항복 강도와 저변형역에 있어서의 그 가공 경화율을 향상시킴으로써, 강판의 5% 유동 응력을 높이는 작용을 가진다. 또, 강판의 균일 신장률을 높이는 작용도 가진다. 마텐자이트 면적률이 3% 미만에서는, 5% 유동 응력이나 균일 신장률의 부족에 의해, 양호한 충격 흡수 능력을 가지는 충격 흡수 부재를 얻는 것이 어려워진다. 따라서, 마텐자이트 면적률은 3% 이상으로 한다. 바람직하게는 5% 이상이다. 한편, 마텐자이트 면적률이 30% 초과에서는 강판의 국부 연성이 저하하여, 불안정 좌굴에 의한 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 마텐자이트의 면적률은 30% 이하로 한다. 마텐자이트의 면적률은 바람직하게는 25% 이하, 더 바람직하게는 15% 이하이다.
(4) 잔류 오스테나이트 면적률: 3% 이상 15% 이하
베이나이트를 주상으로 하는 복상 조직 강판에 있어서, 잔류 오스테나이트는 그 항복 강도와 저변형역에 있어서의 가공 경화율을 향상시킴으로써, 강판의 5% 유동 응력을 높이는 작용을 가진다. 또, 강판의 균일 신장률을 높이는 작용도 가진다. 잔류 오스테나이트 면적률이 3% 미만에서는, 5% 유동 응력이나 균일 신장률의 부족에 의해 양호한 충격 흡수 능력을 가지는 충격 흡수 부재를 얻는 것이 어려워진다. 따라서, 잔류 오스테나이트 면적률은 3% 이상으로 한다. 한편, 잔류 오스테나이트 면적률이 15% 초과에서는 강판의 국부 연성이 저하하여, 불안정 좌굴에 의한 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 잔류 오스테나이트의 면적률은 15% 이하로 한다.
(5) 잔부 조직인 페라이트의 평균 입경: 5μm 미만
잔부 조직인 페라이트의 평균 입경이 5μm 이상에서는, 연질인 페라이트에 변형이 집중하기 쉬워지고, 항복 강도가 저하하여, 강판의 5% 유동 응력을 높이는 것이 어려워진다. 또, 강판의 국부 연성이 저하하여, 충격 하중 부하시에 있어서의 균열의 발생을 억제하는 것이 어려워진다. 따라서, 페라이트의 평균 입경은 5μm 이하로 한다. 바람직하게는 4.0μm 미만, 더 바람직하게는 3.0μm 미만이다. 페라이트의 평균 입경의 하한은 특별히 규정할 필요는 없다.
페라이트의 면적률은 특별히 규정할 필요는 없지만, 하한은 1% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 5% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, 상한은 20% 이하로 하는 것이 바람직하고, 15% 이하로 하는 것이 더 바람직하며, 10% 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.
(6) 베이나이트와 마텐자이트의 경도비: 1.2≤HM0/HB0≤1.6
주상인 베이나이트의 초기 평균 나노 경도(HB0)에 대한 제2상에 함유되는 마텐자이트의 초기 평균 나노 경도(HM0)의 경도비(HM0/HB0)를 1.2 이상으로 함으로써, 마텐자이트를 함유시킴으로써 달성되는 저변형역에 있어서의 가공 경화 계수의 향상 및 균일 신장률의 향상을 도모하는 것이 용이해져, 균열의 발생이 효과적으로 억제된다. 따라서, 상기 경도비(HM0/HB0)는 1.2 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 경도비(HM0/HB0)를 1.6 이하로 함으로써, 베이나이트 주상과 경질 제2상 사이의 경도비가 적당히 억제되고, 소성 변형에 의해 가동 전위의 발생이 억제되기 때문에, 강판의 항복 강도의 향상을 도모하는 것이 용이해진다. 그에 의해, 충격 흡수 에너지를 향상시켜, 양호한 충격 흡수 능력을 가지는 충격 흡수 부재를 얻는 것이 용이해진다. 따라서, 상기 경도비(HM0/HB0)는 1.6 이하로 하는 것이 바람직하다.
(7) 베이나이트에 대한 마텐자이트의 가공 경화율비: 0.9≤｛(HM10/HM0)/(HB10/HB0)｝≤1.3
베이나이트를 주상으로 하는 복상 조직 강판에 있어서, 소성 변형에 의해 베이나이트에 변형이 집중하여 가공 경화하는 것을 억제하면, 베이나이트 중의 전단대나 입계에 따른 균열의 발생이 억제되어, 강판의 국부 연성을 향상시키는 것이 용이해진다. 한편, 소성 변형에 의한 제2상의 과도한 경화를 억제하면, 주상과 제2상의 경도차가 커지는 것이 억제되고, 양자의 계면으로부터의 균열의 발생이 억제되어, 강판의 국부 연성을 향상시키는 것이 용이해진다. 따라서, 베이나이트를 주상으로 하는 복상 조직 강판에 있어서 더욱 높은 국부 연성을 얻으려면, 주상인 베이나이트와 제2상의 사이에서 변형을 적당히 분배시키는 것이 바람직하다. 즉, 소성 변형시에, 주상인 베이나이트와 제2상을 동일한 정도로 가공 경화시키는 것이 바람직하다. 이로 인한 지표로서는, 10% 인장 변형 후의 가공 경화율의 비율을 이용하는 것이 적합하고, 베이나이트를 주상으로 하고 제2상에 마텐자이트를 함유하는 복상 조직 강판에 있어서는, 10% 인장 변형 후의 베이나이트의 가공 경화율에 대한 가장 경질인 상인 마텐자이트의 10% 인장 변형 후의 가공 경화율의 비에 대해 상한 및 하한을 한정하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 베이나이트의 초기 평균 나노 경도(HB0) 및 10% 인장 변형 후의 베이나이트의 평균 나노 경도(HB10)로부터 구하는 베이나이트의 가공 경화율(HB10/HB0)에 대한, 마텐자이트의 초기 평균 나노 경도(HM0) 및 10% 인장 변형 후의 마텐자이트의 평균 나노 경도(HM10)로부터 구하는 마텐자이트의 가공 경화율(HM10/HM0)의 비인 가공 경화율비｛(HM10/HM0)/(HB10/HB0)｝에 대해, 상한 및 하한을 한정하는 것이 바람직하다.
상기 가공 경화율비을 0.9 이상으로 하면, 소성 변형에 의해 베이나이트에 변형이 집중하여 가공 경화하는 것이 억제되고, 베이나이트 중의 전단대나 입계를 따라 균열이 발생하는 것이 억제되어, 강판의 국부 연성이 향상한다. 따라서, 상기 가공 경화율비는 0.9 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 가공 경화율비를 1.3 이하로 하면, 마텐자이트가 과도하게 경화하는 것이 억제되어, 역시 강판의 국부 연성이 향상한다. 따라서, 상기 가공 경화율비는 1.3 이하로 하는 것이 바람직하다.
3. 기계 특성
본 발명에 따른 강판의 기계 특성은, 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱이 300%2 이상, 또한, 5%의 진변형을 부여했을 때의 유효 유동 응력(이하, 5% 유효 유동 응력이라고 한다)이 900MPa 이상이다.
상기 서술한 바와 같이, 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 높이려면, 소재가 되는 강판의 5% 유동 응력을 향상시키는 것이 유효하고, 충격 하중 부하시에 있어서의 균열의 발생을 억제하려면, 강판의 균일 신장률과 국부 연성을 향상시키는 것이 유효하다. 이들을 실현하기 위한 지표로서, 최근의 어려운 요구에 답하기 위해서는, 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱이 300%2 이상이며, 또한, 5% 유효 유동 응력이 900MPa 이상인 것이 필요하다. 따라서, 이러한 기계 특성을 가지는 것으로 한다. 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱은 400%2 이상인 것이 바람직하고, 5% 유효 유동 응력은 930MPa 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 강판의 그 외의 기계 특성으로서, YS는 600MPa 이상, TS는 900MPa 이상인 것이 바람직하다.
4. 용도
상기 서술한 강판은, 축 압괴하여 주름상자형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 흡수하는 충격 흡수부를 가지는 충격 흡수 부재에 있어서의 상기 충격 흡수부에 적용하는 것이 바람직하다.
이 충격 흡수부에 본 발명에 따른 강판을 적용하면, 충격 하중이 부하되었을 때에 있어서의 충격 흡수 부재의 균열의 발생이 억제 또는 해소된다. 동시에, 유효 유동 응력이 높기 때문에, 상기 충격 흡수 부재의 충격 흡수 에너지를 비약적으로 높이는 것이 가능해진다. 이는, 충격 흡수 부재의 압궤 시험에 있어서 적정한 평균 압궤 하중과 높은 안정 좌굴율(균열이 발생하지 않은 시험체의 비율)을 나타냄으로써 실증된다.
도 1은, 자동차에 있어서의 충격 흡수 부재의 적용 부위의 예를 도시하는 설명도이다. 축 압괴하여 주름상자형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 흡수하는 충격 흡수부를 가지는 충격 흡수 부재로서는, 예를 들어 자동차 부재에 있어서는, 도 1에 망점에 의해 나타내는 부재(프론트 및 리어의 크래시 박스(2, 3), 프론트 및 리어의 사이드 멤버(4, 5), 프론트 어퍼 레일(6), 사이드실(7) 등)나 크로스 멤버(8) 등의 부재를 예시할 수 있다. 또한, 범퍼 리인포스먼트(11)나 센터 필러(12)에도 적용 가능하다. 도 1 중, Fr.Impact는 전방 충돌, Rr.Impact는 후방 충돌을 의미한다.
도 2, 3은, 모두, 충격 흡수부의 형상의 예를 도시하는 이면도이다.
상기 충격 흡수부의 형상으로서는, 폐단면의 통형상체가 적합하고, 예를 들어 도 2에 도시하는 사각형의 폐단면이나 도 3에 도시하는 팔각형의 폐단면을 가지는 통상체를 예시할 수 있다. 또한, 도 2 및 도 3에서는 축 방향의 단면 형상이 일정한 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며, 연속적으로 변화하는 형상이어도 된다. 또, 도 2 및 도 3에서는 단면 형상이 사각형이나 팔각형인 예를 도시하고 있으나, 단면 형상은 이에 한정되는 것이 아니며, 임의의 다각형이어도 된다.
일반적으로, 이러한 자동차의 충격 흡수 부재는, 강판으로부터, 예를 들어 굽힘 가공과 용접에 의해 폐단면의 통상체를 형성하고, 필요에 의해, 얻어진 통상체에 또한 이차원 또는 삼차원의 굽힘 가공 등을 실시함으로써 제작된다.
5. 도금층
상기 서술한 강판의 표면에는, 내식성의 향상 등을 목적으로 하여 도금층을 설치하여 표면 처리 강판이라고 해도 된다. 도금층은 전기 도금층이어도 되고 용융 도금층이어도 된다. 전기 도금층으로서는, 전기 아연 도금, 전기 Zn－Ni합금 도금 등이 예시된다. 용융 도금층으로서는, 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 용융 알루미늄 도금, 용융 Zn－Al합금 도금, 용융 Zn－Al－Mg합금 도금, 용융 Zn－Al－Mg－Si합금 도금 등이 예시된다. 도금 부착량은 특별히 제한되지 않으며, 종래와 같아도 된다. 또, 도금 후에 적당한 화성 처리(예를 들어, 실리케이트계의 크롬 프리 화성 처리액의 도포와 건조)를 실시하여, 내식성을 더 높이는 것도 가능하다.
6. 제조 방법
상기 서술한 화학 조성, 미크로 조직 및 기계 특성을 가지는 강판은, 하기 공정(A)~(C)를 가지는 방법에 의해 제조할 수 있다:
(A) 상기 서술한 화학 조성을 가지는 슬래브에, Ar3점 이상에서 압연을 완료하는 다패스 열간 압연을 실시하고, 얻어진 강판을, 압연 완료 후 0.4초간 이내에 냉각을 개시함과 더불어, 평균 냉각 속도가 600℃/초 이상, 또한, 최종 압연 패스의 2개 전의 압연 패스에 있어서의 압연 완료로부터 720℃까지 냉각하는데 필요로 하는 시간이 4초간 이하가 되는 냉각 조건으로 620℃ 이상 720℃ 이하의 온도역까지 냉각하며, 상기 온도역에 1초간 이상 10초간 이하 유지한 후, 10℃/초 이상 100℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 300℃ 이상 610℃ 이하의 온도역까지 냉각하고 권취함으로써 열연 강판을 얻는 열간 압연 공정；
(B) 상기 열간 압연 공정에 의해 얻어진 열연 강판에, 40% 이상 70% 이하의 압하율의 냉간 압연을 실시함으로써 냉연 강판으로 하는 냉간 압연 공정； 및
(C) 상기 냉간 압연 공정에 의해 얻어진 냉연 강판에, (Ac3점-30℃) 이상 (Ac3점＋100℃) 이하의 온도역에 10초간 이상 300초간 이하 유지하고, 이어서 500℃ 이상 650℃ 이하의 온도역을 15℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하며, 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 3000초간 이하 유지하는 열처리를 실시하는 소둔 공정.
상기 서술한 미크로 조직은, 상기 제조 조건을 적용함으로써 용이하게 얻을 수 있다. 그 이유는 분명하지는 않으나, 정성(定性)적으로는 이하와 같이 생각된다.
즉, 상기 열간 압연 조건을 적용함으로써, 페라이트와 다른 경질상이 미세하고 균일하게 분산한 미크로 조직이 형성된다. 이 미크로 조직에 상기 냉간 압연을 실시함으로써, 더 조직이 균일화하고, 후속하는 소둔 공정에 있어서 재결정이 촉진된다. 그 결과, 소둔 후의 조직의 미세화와 균일화가 고레벨로 달성된다. 특히, 상기 소둔 조건을 적용함으로써, 페라이트의 입자 신장률이 비약적으로 억제된다. 이는, 페라이트가 소둔 전부터 미세하고 균일하게 분산하고 있는 것과, 미세하고 균일하게 분산한 다른 경질상이 오스테나이트 변태의 우선 핵생성 사이트가 되어, 페라이트의 입자 성장을 억제하는 것의 결과이다. 또한, 미세하고 균일하게 분산한 다른 경질상이 오스테나이트 변태의 우선 핵생성 사이트가 됨으로써, 변태 후의 오스테나이트도 애초부터 미세하고 균일하게 분산한다. 게다가, 상기 미세하게 분산한 페라이트에 의해 변태 후의 오스테나이트의 입자 성장이 비약적으로 억제된다. 이러한 상승 작용에 의해, 미세하고 균일한 조직이 얻어짐으로써, 상기 서술한 미크로 조직을 달성할 수 있는 것이라고 생각된다.
(A) 열간 압연 공정
상기 화학 조성을 가지는 슬래브에, Ar3점 이상에서 압연을 완료하는 다패스 열간 압연을 실시하고, 얻어진 강판을, 압연 완료 후 0.4초간 이내에 냉각을 개시함과 더불어, 평균 냉각 속도가 600℃/초 이상, 또한, 최종 압연 패스의 2개 전의 압연 패스에 있어서의 압연 완료로부터 720℃까지 냉각하는데 필요로 하는 시간이 4초간 이하가 되는 냉각 조건으로 620℃ 이상 720℃ 이하의 온도역까지 냉각하며, 상기 온도역에 1초간 이상 10초간 이하 유지한 후, 10℃/초 이상 100℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 300℃ 이상 610℃ 이하의 온도역까지 냉각하고 권취함으로써 열연 강판을 얻는다.
후술하는 냉간 압연 및 소둔을 실시한 후에 있어서 상기 미크로 조직을 얻으려면, 상기 서술한 바와 같이, 그 모재가 되는 열연 강판의 미크로 조직을 제어하는 것이 중요하다.
압연은, 다패스의 압연으로 한다. 1패스당 압하율은, 15% 이상 60% 이하로 하는 것이 바람직하다. 1패스당 압하율을 크게 취하는 것이 오스테나이트에 보다 많은 변형을 도입시킬 수 있으므로, 그 후의 변태에 의해 생성되는 페라이트의 결정 입자가 미세화되어, 열연 강판의 조직이 미세화된다. 이로 인해, 특히 최종 압연 패스로부터 2개 전의 압연 패스로부터 최종 압연 패스까지의 3패스에 대해, 1패스당 압하율을 20% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 압하율은 더 바람직하게는 22% 이상이며, 특히 바람직하게는 30% 이상이다. 한편, 압연 하중 및 판형상의 제어성 확보의 관점으로부터는, 1패스당 압하율은 50% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 특히 판형상의 제어를 용이하게 하고 싶을 때에는, 1패스당 압하율을 45% 이하로 하는 것이 바람직하다.
압연 완료 온도는, 열연 강판의 미크로 조직을 미세하고 균일한 것으로 하기 위해, 압연 완료 후에 오스테나이트로부터 페라이트로 변태시킬 필요가 있다. 이로 인해, 압연 완료 온도는 Ar3점 이상으로 한다. 압연 하중의 증대를 회피하는 관점으로부터는, 이 온도는 780℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 열연 강판의 조직 미세화의 관점으로부터는, 압연 완료 온도는, Ar3점 이상 또는 780℃ 이상의 온도 범위이면, 낮을수록 바람직하다. 이는, 압연 완료 온도가 낮은 것이, 압연에 의해 오스테나이트에 도입되는 가공 변형이 효율적으로 축적되어, 열연 강판의 미크로 조직의 미세화가 촉진되기 때문이다. 한편, 열연 강판의 조직 균일화의 관점으로부터는, 압연 완료 온도는, 850℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 900℃ 이상이다. 이는, 압연 완료 온도를 적당히 높임으로써, 페라이트와 더불어 다른 경질상의 균일 분산화가 도모되기 때문이며, 이에 의해, 냉간 압연 및 소둔 후의 강판의 성형성이 한층 향상한다. 또한, 압연에 의해 오스테나이트에 도입되는 가공 변형의 해방을 억제하여, 열연 강판의 미크로 조직의 미세화를 효율적으로 촉진하는 관점으로부터는, 압연 완료 온도는 980℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 930℃ 이하로 하는 것이다.
압연 완료 후의 냉각은, 압연에 의해 오스테나이트에 도입된 가공 변형의 냉각 중의 해방을 억제하고, 냉각 후에 이 가공 변형을 구동력으로서 오스테나이트로부터 페라이트로 단번에 변태시켜, 미세한 페라이트 결정 입자를 가지는 조직을 생성시키도록 행한다. 그로 인해, 압연 완료 후 0.4초간 이내에 냉각을 개시함과 더불어, 평균 냉각 속도가 600℃/초 이상, 또한, 최종 압연 패스의 2개 전의 압연 패스에 있어서의 압연 완료로부터 720℃까지 냉각하는데 필요로 하는 시간이 4초간 이하가 되는 냉각 조건으로 620℃ 이상 720℃ 이하의 온도역까지 냉각한다. 최종 압연 패스의 2개 전의 압연 패스에 있어서의 압연 완료로부터 720℃까지 냉각하는데 필요로 하는 시간은 3.5초간 이하인 것이 바람직하다. 이때의 평균 냉각 속도는 바람직하게는 900℃/초 이상이며, 1000℃/초 초과인 것이 더 바람직하다. 이 냉각을, 실시예에서는 1차 냉각이라고 한다.
이러한 열간 압연 직후의 급랭은, 최종 압연 스탠드 직후에 배치되어, 큰 유량의 냉각수를 압연 직후의 강판을 향해 고압력으로 분사 가능한 수랭 장치에 의해 실현할 수 있다.
620℃ 이상 720℃ 이하의 온도역은 페라이트 변태가 활발해지는 온도역이다. 상기 서술한 냉각 조건의 적용에 의해 오스테나이트에 도입된 가공 변형의 해방이 억제된 상태로 냉각된 강판을 이 온도역에 유지함으로써, 오스테나이트의 가공 변형을 구동력으로서 단번에 페라이트 변태를 일으킬 수 있다. 그 결과, 오스테나이트 입계 뿐만 아니라 입자 내로부터도 페라이트가 석출하고, 페라이트 변태의 핵생성이 고밀도로 발생하기 때문에, 미세한 페라이트 결정 입자가 균일하게 분산한 조직을 발생시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 조건으로 620℃ 이상 720℃ 이하의 온도역까지 냉각한 강판을, 이 온도역에 1초간 이상 유지하는 것으로 한다. 한편, 상기 온도역의 유지 시간이 10초간을 초과하면 페라이트의 입자 성장이 촉진되는 경우가 있어, 따라서, 상기 온도역의 유지 시간은 10초간 이하로 한다. 이 온도 유지는, 유지 시간이 짧으므로, 냉각을 공랭으로 함으로써 달성할 수도 있다. 즉, 상기 온도역 내에 1초 이상 유지 가능한 한, 강판 온도는 서서히 저하시켜도 상관없다.
상기 온도 유지에 계속해서, 강판을 10℃/초 이상 100℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 300℃ 이상 610℃ 이하의 온도역까지 냉각하고, 권취한다. 이 냉각을, 실시예에서는 2차 냉각이라고 한다. 상기 서술한 압연, 냉각 및 온도 유지에 계속해서, 이러한 냉각 및 권취를 행함으로써, 열연 강판의 미크로 조직을, 미세한 초석 페라이트와 베이나이트 또는 베이니틱페라이트로 이루어짐과 더불어, 미세하고 균일하게 분산한 것으로 할 수 있다. 그 결과, 냉간 압연 및 소둔 후에 있어서, 상기 서술한 미크로 조직을 달성하는 것이 가능해진다.
상기 평균 냉각 속도가 10℃/초 미만이면, 편석에 따라 조대한 펄라이트가 석출하여 밴드형상 조직이 생성되거나, 철탄화물의 조대화를 초래하는 경우가 있다. 밴드형상 조직이 생성되면, 냉간 압연 후의 소둔 공정에 있어서 페라이트의 조대화가 진행되기 쉬운 영역이 발생하여, 소둔 후에 페라이트의 미세화나 조직의 균일화를 실현될 수 없게 된다. 철산화물이 조대화하면, 냉간 압연 후의 소둔 과정에 있어서 페라이트 입자 성장의 억제가 어려워져, 페라이트의 미세화를 달성할 수 없게 된다. 따라서, 상기 평균 냉각 속도는 10℃/초 이상으로 한다. 바람직하게는 15℃/초 이상, 더 바람직하게는 20℃/초 이상이다. 한편, 상기 평균 냉각 속도가 100℃/초 초과에서는, 강판의 평탄도가 손상되는 경우가 있다. 따라서, 상기 평균 냉각 속도는 100℃/초 이하로 한다. 바람직하게는 80℃/초 이하이다.
권취 온도가 300℃ 미만에서는, 열연 강판의 경화가 현저해져, 냉간 압연성을 저해한다. 따라서, 권취 온도는 300℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 350℃ 이상이다. 한편, 권취 온도가 610℃를 초과하면, 평균 냉각 속도가 10℃/초 미만인 경우와 같은 문제가 발생한다. 따라서, 권취 온도는 610℃ 이하로 한다. 바람직하게는 500℃ 이하이다.
열간 압연에 제공하는 슬래브는, 상기 화학 조성을 가지는 강을 용제한 후, 연속 주조 또는 주조 및 분괴 압연에 의해 슬래브로 한다. 생산성의 관점으로부터는, 연속 주조를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 연속 주조를 이용하는 경우에는, 개재물 제어에 의해 내균열성을 향상시키기 위해 주형 내에서 외부 자장 혹은 기계 교반에 의한 용강 유동을 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 얻어진 슬래브는, 직접 열간 압연에 제공해도 되고, 보온 혹은 재가열을 행한 후에 열간 압연에 제공해도 된다.
열간 압연에 제공하는 슬래브의 온도는, 오스테나이트의 조대화를 방지하기 위해 1280℃ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 1250℃ 이하로 하는 것이 더 바람직하고, 1200℃ 이하로 하는 것이 특히 바람직하다. 열간 압연에 제공하는 슬래브의 온도의 하한은, 특별히 한정할 필요는 없고, 상기 서술한 바와 같이, Ar3점 온도 이상에서 압연을 완료하는 것이 가능하면 좋다.
열간 압연은, 조열간 압연과 마무리 열간 압연으로 이루어지며, 상기 슬래브는 조열간 압연에 의해 거친 바(bar)가 되고, 얻어진 거친 바는 마무리 열간 압연에 의해 열연 강판이 되는 것이 통상적이다. 이 경우, 조열간 압연에 의해 얻어진 거친 바에 대해 마무리 열간 압연에 제공하기 전에 1000℃ 이상으로 재가열하는 것이 바람직하다. 1050℃ 이상으로 재가열하는 것이 더 바람직하다.
거친 바의 가열은, 예를 들어, 마무리 열간 압연의 스탠드군의 앞에 가열 장치를 설치하고, 유도 가열이나 통전 가열, 또는 가스나 적외선 히터를 열원으로 한 가열에 의해 실시할 수 있다. 이러한 거친 바의 가열을 행하면, 이에 계속해서 고압수에 의해 디스켈링을 실시함으로써 이차 스케일을 효과적으로 제거하는 것이 가능해지고, 스케일에 기인하는 냉각 변동이나 표면 자국의 발생의 억제가 가능하다. 바람직하게는 상기 슬래브의 재가열 온도를 1050℃ 이상으로 하는 것이다.
(B) 냉간 압연 공정
상기 열간 압연 공정으로 얻어진 열연 강판에, 40% 이상 70% 이하의 압하율의 냉간 압연을 실시함으로써 냉연 강판으로 한다.
열연 강판에는, 상법에 따라 산세 등에 의해 탈스케일 한 후에, 냉간 압연을 실시한다. 냉간 압연에 의해, 후의 소둔 공정에 있어서의 재결정을 촉진함과 더불어, 소둔 후의 미크로 조직을 미세하고 균일화하기 위해, 냉간 압연의 압하율은 40% 이상으로 한다. 한편, 압하율이 너무 높으면, 압연 하중이 증대하여 압연이 어려워지기 때문에, 냉간 압연의 압하율은 70% 이하로 한다. 바람직하게는 60% 미만이다. 냉간 압연 후의 강판에는, 필요에 따라 탈지 처리를 실시하고, 소둔에 제공한다.
(C) 소둔 공정
상기 냉간 압연 공정으로 얻어진 냉연 강판에, (Ac3점-30℃) 이상 (Ac3점＋100℃) 이하의 온도역에 10초간 이상 300초간 이하 유지하고, 이어서 500℃ 이상 650℃ 이하의 온도역을 15℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하며, 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 3000초간 이하 유지하는 열처리를 실시함으로써 소둔을 행한다.
상기 냉연 강판에 상기의 조건으로 소둔을 실시함으로써, 목적으로 하는 미크로 조직을 얻을 수 있다.
소둔에서는, 먼저 (Ac3점-30℃) 이상 (Ac3점＋100℃) 이하의 온도역에 10초간 이상 300초간 이하 유지한다. 실시예에서는, 이 온도 유지를 균열이라고 한다. 이 유지 온도(실시예에서는 균열 온도)가 (Ac3점-30℃) 미만에서는, 오스테나이트화가 불충분해져, 소둔 후에 있어서 목적으로 하는 미크로 조직을 달성할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 유지 온도는 (Ac3점-30℃) 이상으로 한다. 바람직하게는 (Ac3점-20℃) 초과이고, 더 바람직하게는 (Ac3점-10℃) 초과이며, 특히 바람직하게는 (Ac3점＋20℃) 초과이다.
(Ac3점-30℃) 이상 (Ac3점＋100℃) 이하의 온도역까지의 가열은, 조직 제어의 안정성의 관점으로부터, 500℃ 이상의 온도역을 20℃/초 미만의 가열 속도로 행하는 것이 바람직하다.
상기 온도역에서의 유지 시간(실시예에서는 균열 시간)이 10초간 미만에서는, 균일한 조직 제어가 어려워져, 목적으로 하는 미크로 조직을 달성할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 유지 시간은 10초간 이상으로 한다. 60초간 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유지 온도가 (Ac3점＋100℃) 초과이거나, 상기 유지 시간이 300초간 초과이면, 상기 서술한 열연 공정 및 냉연 공정을 적용해도, 오스테나이트의 입자 성장을 억제하는 것이 어려워져, 소둔 후에 있어서 목적으로 하는 조직을 얻을 수 없는 경우가 있다. 따라서, 상기 유지 온도는 (Ac3점＋100℃) 이하로 하고, 상기 유지 시간은 300초간 이하로 한다. 상기 유지 온도는 (Ac3점＋50℃) 이하인 것이 바람직하고, (Ac3점＋30℃) 이하인 것이 더 바람직하다. 또, 950℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 유지 시간은 200초 미만인 것이 바람직하다.
페라이트의 체적율을 높임으로써 연성을 향상시키는 것을 지향하는 경우에는, (Ac3점-30℃) 이상 (Ac3점＋100℃) 이하의 온도역에 10초간 이상 300초간 이하 유지한 후에, 10℃/초 미만의 냉각 속도로 50℃ 이상 냉각하는 것이 바람직하다. 이 냉각을, 실시예에서는 완냉각이라고 한다. 이때의 냉각 속도는, 5.0℃/초 미만으로 하는 것이 바람직하고, 3.0℃/초 미만으로 하는 것이 더 바람직하며, 2.0℃/초 미만으로 하는 것이 특히 바람직하다. 페라이트 체적율을 더 높이려면, 이때의 냉각량을 80℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 100℃ 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, 목적으로 하는 조직을 얻으려면, 페라이트 체적율을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하므로, 냉각량은 200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 160℃ 이하이다.
이어서 500℃ 이상 650℃ 이하의 온도역을 15℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 3000초간 이하 유지함으로써, 목적으로 하는 미크로 조직을 만든다. 상기 평균 냉각 속도가 15℃/초 미만에서는, 페라이트가 과잉으로 생성해 버려, 소둔 후에 있어서 목적으로 하는 조직을 얻을 수 없는 경우가 있다. 따라서, 상기 평균 냉각 속도는 15℃/초 이상으로 한다. 바람직하게는 30℃/초 이상, 더 바람직하게는 40℃/초 이상이다. 조직 제어의 관점으로부터는, 상기 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 규정할 필요는 없다. 그러나 상기 평균 냉각 속도가 극도로 높으면, 냉각 얼룩이 발생하여 판형상이 손상되는 경우가 있다. 따라서, 상기 평균 냉각 속도는 150℃/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 130℃/초 미만이다.
실시예에서는, 이 냉각을 급랭이라고 한다. 500℃ 이상 650℃ 이하의 온도역이 이 급랭으로 되어 있으면 된다. 따라서, 급랭의 개시 온도는 650℃ 이상이면 되고, 급랭의 정지 온도는 500℃ 이하이며, 또한 300℃ 이상이면 된다.
300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 유지하는 것은, 소정량의 잔류 오스테나이트를 생성시키기 위함이며, 이때의 유지 온도가 500℃ 초과에서는 목적으로 하는 조직을 얻는 것이 어려워진다. 상기 온도역은 330℃ 이상 450℃ 이하의 온도역으로 하는 것이 바람직하고, 350℃ 이상 430℃ 이하의 온도역으로 하는 것이 더 바람직하다. 또, 상기 온도역에 있어서의 유지 시간은 200초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 온도역에 있어서의 유지 시간의 상한은 생산성의 관점으로부터 3000초 이하로 한다.
300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 3000초간 이하 유지한 후의 상온까지의 냉각은, 고충격 흡수 특성과 내균열성의 밸런스를 향상시키기 위해, 170℃ 이상 300℃ 이하의 온도역을 2℃/초 이상 30℃/초 미만의 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 이 냉각 속도는 바람직하게는 5℃/초 이상 20℃/초 이하이다.
도금 강판을 제조하는 경우에는, 상기 서술한 방법으로 제조된 냉연 강판에, 상법에 따라 전기 도금이나 용융 도금을 행하면 되고, 도금 방법이나 도금 피막의 화학 조성, 도금 후의 합금화 처리의 유무에는 한정되지 않는다. 용융 도금의 경우는, 상기 열처리에 의한 소둔 공정에 있어서 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 3000초간 이하 유지한 후에 계속해서, 강판의 제조 라인 내에서 용융 도금을 실시해도 된다. 도금 종류의 예에 대해서는 상기 서술한 대로이다.
이와 같이 하여 얻어진 냉연 강판 및 도금 강판에는, 상법에 따라 조질 압연을 행해도 된다. 조질 압연의 신장률은, 양호한 연성을 확보하는 관점으로부터, 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.5% 이하이다.
실시예
표 1에 기재하는 화학 조성을 가지는 슬래브(두께: 30mm, 폭: 160~250mm, 길이: 70~90mm)를 이용하여 실험을 행했다. 어느 슬래브도, 180kg의 용강을 진공 용제하여 주조한 후, 얻어진 주편을 노내 온도 1250℃로 가열하고, 950℃ 이상의 온도에서 열간 단조를 행함으로써 얻은 것이다.
각 슬래브에, 1200℃로 1시간 이내의 재가열을 실시한 후, 열간 압연 시험기를 이용하여, 4패스의 조열간 압연을 실시하고, 또한, 3패스의 마무리 열간 압연을 실시함으로써, 판두께: 3mm의 열연 강판을 얻었다. 열간 압연 조건을 표 2에 기재한다. 표 2에 있어서, 1차 냉각이란, 열간 압연 완료 직후의 냉각을 의미하고, 공랭은, 1차 냉각의 완료 후에 실시한 완냉각을 의미하며, 2차 냉각은, 공랭 후의 권취 온도까지의 냉각을 각각 의미한다. 1차 냉각과 2차 냉각은 모두 수랭이었다.
얻어진 열연 강판에, 판두께: 1.6mm(압하율: 47%)까지 냉간 압연을 실시한 후, 연속 소둔 시뮬레이터를 이용하여, 표 3에 기재하는 조건으로 소둔을 위한 열처리를 실시했다. 표 3에 있어서, 균열 온도는 소둔을 위한 가열 온도를, 균열 시간은 이 가열 온도에서의 유지 시간을, 완냉각 속도는, 균열 후에 실시한 서랭시의 냉각 속도를, 급랭은 완냉각 후의 냉각을, 유지 시간은 급랭 정지 온도에서의 유지 시간을 각각 의미한다. 완냉각은 공랭에 의해, 급랭은 수랭에 의해 실시했다. 급랭 정지 후의 유지는, 장치에 부수의 적외선 히터에 의해 실시했다.
이하의 각 표에 있어서, 밑줄을 그은 수치 또는 기호는 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나고 있는 것을 나타낸다.
[표 1]
Figure 112014106995481-pct00001
[표 2]
Figure 112014106995481-pct00002
[표 3]
Figure 112014106995481-pct00003
이와 같이 하여 얻어진 각 냉연 강판에 대해, 이하의 조사를 행했다.
·인장 시험
JIS5호 인장 시험편을 채취하여 인장 시험을 행함으로써, 항복 강도(YS: 0.2% 내력), 인장 강도(TS), 균일 신장률(u－El)을 구했다. 또, 이 인장 시험에 있어서, 진응력-진변형 곡선을 채취하여, 5% 진변형에 있어서의 유동 응력으로부터 5% 유효 유동 응력(표 5에서는 5% 유동 응력)을 구했다.
·구멍 확장 시험
구멍 확장 시험은, 일본 철강 연맹 규격 JFS T 1001－1996에 준해 행하여, 구멍 확장률(HER)을 구했다.
·마텐자이트 면적률
강판의 압연 방향에 평행한 단면을 경면 연마한 후, 전해 연마로 변형을 제거하고, 판두께의 1/4깊이 위치에 있어서 EBSD 해석을 행하여, 입계면 방위차 맵 및 이미지 퀄리티맵으로부터 마텐자이트의 면적률을 구했다. 마텐자이트는 내부의 전위 밀도가 비교적 높고, EBSD의 이미지 퀄리티가 다른 것보다 분명하게 낮은 값을 나타내기 때문에, 분리·판정은 용이하다.
·잔류 오스테나이트 면적률
강판의 압연 방향에 평행한 단면의 기계 연마 및 100μm의 화학 연마에 의해 강판 판두께의 1/4깊이 위치를 노출시키고, X선 회절 장치로 γ(111), (200), (220)면의 회절 강도를 측정함으로써, 잔류 오스테나이트 면적률을 구했다.
·페라이트 면적률 및 평균 입경
강판의 압연 방향에 평행한 단면을 경면 연마한 후에 나이탈 부식을 행하여, 주사 전자현미경에 의해 관찰함으로써, 1000배 및 2000배의 이차 전자상으로부터 절편법에 의해 페라이트의 면적률 및 평균 입경을 구했다.
·베이나이트 면적률
조직 전체(100%)로부터 상기의 수법으로 측정한 마텐자이트, 잔류 오스테나이트, 페라이트의 면적률을 제함으로써 베이나이트의 면적률을 산출했다.
·평균 나노 경도
베이나이트 및 마텐자이트의 나노 경도를 나노 인덴테이션법에 의해 구했다. 강판의 압연 방향에 평행한 단면의 판두께 1/4깊이 위치를 에머리지로 연마 후, 콜로이달 실리카로 메카노케미칼 연마를 행하고, 또한 전해 연마에 의해 가공층을 제거하여 시험에 제공했다. 나노 인덴테이션은 베르코비치형 압자를 이용하여, 압입 하중 500μN으로 행했다. 사용한 시험 장치는 Hysitron사 제조 Triboscope이며, 이때의 압흔 사이즈는 직경 0.1μm 이하였다. 베이나이트 및 마텐자이트의 각각에 대해 나노 경도를 랜덤으로 20점 측정하여, 각각의 평균 나노 경도를 구했다. 10% 인장 변형 전과 변형 후에 대해 상기 방법에 의해 베이나이트 및 마텐자이트의 평균 나노 경도를 구했다.
·축 압궤 시험
각 강판을 이용하여 굽힘 가공과 용접에 의해 각통 부재를 제작하고, 축 방향의 충돌 속도를 64km/h로 하는 축 압궤 시험을 실시하여, 충돌 흡수 성능을 평가했다. 각통 부재의 축 방향에 수직인 단면의 형상은 정팔각형이고, 각통 부재의 축 방향 길이는 200mm이며, 그 축 방향은 압연 방향과 수직이었다.
각통 부재의 정팔각형의 1변의 길이(각부의 곡선부를 제외한 직선부의 길이)(Wp)와 강판의 판두께(t)를 이용한 단면 형상 인자(Wp/t)가 20 및 16인 경우에 대해, 평균 압궤 하중 및 안정 좌굴율을 조사했다.
축 압궤 시험은, 직립시켜 고정한 각통 부재의 상방으로부터 230kg의 강철제의 충격 추체를 자유낙하시켜, 속도 64km/h로 부재에 충돌시켜 축 방향으로 시험체를 좌굴시켰다. 시험의 평가는, 축 압궤했을 때의 하중(압궤 하중)과 균열의 유무에 따라 행했다. 각 강판에 대해 3~10개의 시험체에 대해 축 압궤 시험을 행하여, 평균 압궤 하중을 구했다. 안정 좌굴율은, 축 압궤 시험에 의해 균열이 발생하지 않은 시험체수의 전체 시험체수에 대한 비율이다.
일반적으로, 단면 형상 인자(Wp/t)가 작아질수록 충격 흡수 에너지가 높아진다. 그러나 단면 형상 인자(Wp/t)가 작아질수록 단위 압궤량당 소성 변형 작업량이 커진다. 이로 인해, 압궤 도중에 균열이 발생할 가능성이 높아져, 결과적으로 소성 변형 작업량을 증대시키지 못하고, 충격 흡수 에너지를 높일 수 없는 경우가 있다.
본 압궤 시험 조건하에서는, Wp/t=20인 경우는, 평균 압궤 하중이 0.30kN/mm2 이상인 것이 바람직하고, 안정 좌굴율은 80% 이상인 것이 바람직하다. 또, Wp/t=16인 경우는, 평균 압궤 하중이 0.35kN/mm2 이상인 것이 바람직하고, 안정 좌굴율은 30% 이상인 것이 바람직하다.
표 4에 미크로 조직 및 나노 경도에 관한 데이터를, 표 5에 기계 특성에 관한 데이터를 기재한다.
[표 4]
Figure 112014106995481-pct00004
[표 5]
Figure 112014106995481-pct00005
표 5에 기재하는 바와 같이, 본 발명에 따른 강판은, 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱(u－El×HER)이 300%2 이상이고, 5% 유효 유동 응력이 900MPa 이상이다. 그로 인해, 본 발명에 따른 강판을 이용한 각통 부재는, 단면 형상 인자 Wp/t=20에 있어서의 축 압궤에 의한 평균 하중이 0.34kN/mm2 이상으로 높다. 또한, 단면 형상 인자 Wp/t=20에 있어서의 안정 좌굴율이 80% 이상, 단면 형상 인자 Wp/t=16에 있어서의 안정 좌굴율이 30% 이상이며, 축 압궤에 의한 균열이 일어나기 어렵다.
비교예로부터 알 수 있듯이, 5% 유동 응력과 u－El×HER의 한쪽 값이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하지 않으면, 평균 압궤 하중이 낮아지거나, 안정 좌굴율이 낮아진다.

Claims (7)

  1. 면적%로, 베이나이트: 50% 초과, 마텐자이트: 3% 이상 30% 이하 및 잔류 오스테나이트: 3% 이상 15% 이하를 함유하고, 잔부가 평균 입경 5μm 미만의 페라이트로 이루어지는 미크로 조직을 가지고, 또한, 균일 신장률과 구멍 확장률의 곱이 300%2 이상이며, 5%의 진변형을 부여했을 때의 유효 유동 응력이 900MPa 이상인 기계 특성을 가지는 강판의 제조 방법으로서,
    하기 공정(A)~(C)를 가지는 것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.
    (A) 질량%로, C: 0.08% 이상 0.30% 이하, Mn: 1.5% 이상 3.5% 이하, Si＋Al: 0.50% 이상 3.0% 이하, P: 0.10% 이하, S: 0.010% 이하, N: 0.010% 이하, Cr: 0~0.5% 이하, Mo: 0~0.5% 이하, B: 0~0.01% 이하, Ti: 0~0.04% 미만, Nb: 0~0.030% 미만, V: 0~0.5% 미만, Ca: 0~0.010% 이하, Mg: 0~0.010% 이하, REM: 0~0.050% 이하, 및 Bi: 0~0.050% 이하, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 가지는 슬래브에, Ar3점 이상에서 압연을 완료하는 다패스 열간 압연을 실시하고, 얻어진 강판을, 압연 완료 후 0.4초간 이내에 냉각을 개시함과 더불어, 평균 냉각 속도가 600℃/초 이상, 또한, 최종 압연 패스의 2개 전의 압연 패스에 있어서의 압연 완료로부터 720℃까지 냉각하는데 필요로 하는 시간이 4초간 이하가 되는 냉각 조건으로 620℃ 이상 720℃ 이하의 온도역까지 냉각하며, 상기 온도역에 1초간 이상 10초간 이하 유지한 후, 10℃/초 이상 100℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 300℃ 이상 610℃ 이하의 온도역까지 냉각하고 권취함으로써 열연 강판을 얻는 열간 압연 공정；
    (B) 상기 열간 압연 공정에 의해 얻어진 열연 강판에, 40% 이상 70% 이하의 압하율의 냉간 압연을 실시함으로써 냉연 강판으로 하는 냉간 압연 공정； 및
    (C) 상기 냉간 압연 공정에 의해 얻어진 냉연 강판에, (Ac3점-30℃) 이상 (Ac3점＋100℃) 이하의 온도역에 10초간 이상 300초간 이하 유지하고, 이어서 500℃ 이상 650℃ 이하의 온도역을 15℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하며, 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도역에서 30초간 이상 3000초간 이하 유지하는 열처리를 실시하는 소둔 공정.
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