KR101986876B1 - 고연신율을 갖는 초고강도 재료의 생산 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 본질적으로 무니켈의 오스테나이트 재료를 가공 경화한 후, 그 재료를 10 초 ~ 10 분의 시간 내에 200℃ ~ 1,100℃ 미만의 온도 범위 내에서 열처리함으로써, 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법에 관한 것이다.

Description

고연신율을 갖는 초고강도 재료의 생산 방법{METHOD FOR PRODUCING AN ULTRA HIGH STRENGTH MATERIAL WITH HIGH ELONGATION}
본 발명은 고연신율을 갖는 초고강도 재료의 생산 방법에 관한 것이다.
특히 차량 조립 산업에서, 금속 재료가 매우 널리 사용되고 있으며, 자동차 제조업체는 차량 중량을 감소시켜 엔진 성능을 향상시키는 동시에 오염 물질 배출을 감소시키는데 관심이 있다.
DE 102010020373 A1 은 하기 단계를 포함하는, 철-망간 강판으로부터 부품을 생산하는 방법을 개시한다:
- 프레싱 공구에서 판금 작업편을 냉간 성형하는 단계,
- 프레싱된 판금 작업편을 500 ~ 700 ℃ 의 온도로 가열하는 단계, 및
- 가열된 판금 작업편을 보정 (calibrating) 공구에서 보정하는 단계.
철-망간 강판은 TRIP 강, TRIP/TWIP 강, 또는 트리플렉스 강일 수 있다. 망간 함량은 12 ~ 35 중량% 일 수 있다. 가열 동안의 온도는, 가공 경화가 프레싱된 판금 작업편의 프레싱된 측방향 섹션에서 적어도 70 %, 특히 80 % 만큼 감소되도록 설정된다. 보정된 판금 공작물의 인장 강도는 그 전체 형상에 걸쳐 20 %, 특히 10 % 의 최대 변동 마진을 갖는다.
WO 2012/077150 A2 는 높은 망간 함량을 가지며 양호한 기계적 저항성 및 성형성을 갖는 강을 제조하는 방법을 개시한다. 상기 강은 다음의 화학 조성을 갖는다: C 0.2 - 1.5 %, Mn 10 - 25 %, 선택적으로 Ni < 2 %, Al 0.001 - 2.0 %, N < 0.1 %, P + Sn + Sb + As < 0.2 %, S + Se + Te < 0.5 %, 그리고 또한 선택적으로 Nb + Co < 1, 및/또는 Re + W < 1, 잔부인 철. 냉간 압연 작업과 관련하여, 60 ~ 120 초의 시간 동안 900℃ ~ 1100℃ 의 온도에서 재결정 어닐링이 행해진다.대안적으로, 30 ~ 400 분의 시간 동안 700℃ ~ 800℃ 의 온도 범위 내에서 재결정 어닐링을 행하는 것도 또한 가능하다.
DE 69226946 T2 는 망간 함량이 높은 오스테나이트 강 합금으로부터 금속판의 생산 방법을 개시하는데, 본 방법은,
- 규정된 화학 조성을 갖는 강 슬래브를 제조하는 단계,
- 강 슬래브를 1100℃ ~ 1250℃ 로 가열하는 단계,
- 강 슬래브를 700℃ ~ 1000℃ 의 열간 압연 온도에서 열간 압연하여, 열간 압연 강판을 형성하는 단계,
- 열간 압연 강판을 냉간 압연하여 냉간 압연 시트를 생성하는 단계, 및
- 5 초 ~ 20 시간의 시간 동안 500℃ ~ 1000℃ 의 온도에서 냉간 압연 시트를 어닐링하는 단계를 포함하고,
상기 단계들에 의해, 열간- 및 냉간-압연 어닐링된 금속 시트에 있어 40 ㎛ 미만의 결정립 크기를 갖는 오스테나이트 결정의 대략 100% 로 이루어진 미세구조가 생성되고, 상기 오스테나이트 결정의 보디는 인장 응력에 의해 유기되는 ε- 및 α'-마르텐사이트 상들을 제외하고 실온 미만의 변형 동안에 변형 쌍정을 형성한다.
본 발명의 목적은 고연신율을 갖는 초고강도 재료의 생산 방법으로서, 한편으로, 냉간 가공에 의해 상기 재료에 도입되는 높은 기계적 특성이 유지되게 하고, 다른 한편으로, 연신율이 증가될 수 있게 하는, 상기 생산 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 본질적으로 무니켈의 오스테나이트 재료를 가공 경화한 후, 그 재료를 10 초 ~ 10 분의 시간 내에 200℃ ~ 1,100℃ 미만의 온도 범위 내에서 열처리함으로써, 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법으로 해결된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시형태들이 관련 종속 프로세스 청구항들에 기재되어 있다.
400 ~ 1300 MPa 의 항복 강도 Rp0.2, 800 ~ 1700 MPa 의 인장 강도 Rm, 및 3 ~ 60 % 의 연신율 A80 을 설정하기 위해, 상기 재료는 유리하게는, 가공 경화된 후, 10 초 ~ 10 분의 시간 동안 200℃ ~ 1,100℃ 미만의 온도 범위 내에서 열처리된다.
본 발명에 관한 다른 양태에 따르면, 상기 재료는 냉간 압연에 의해 가공경화된다.
이런 식으로, 코일로 감긴 어닐링된 스트립이 적절한 압연 장치에 의해 필요한 때에 두께 감소 방식으로 처리될 수 있다.
후속 단계에서, 이런 식으로 가공 경화된 스트립이 필요한 때에 적절한 열처리로 (heat treatment furnace) 에 연속적으로 공급되고, 규정된 시간 윈도우 내에서 재결정 온도 미만의 희망 온도 범위 내에서 열처리된다.
종래 기술에서 설명한 프로세스와 달리, 재료는 재결정 어닐링을 거치지 않고, 대신에, 온도와 시간의 신중한 제어에 의해 재결정 온도 미만에서 재료에 희망 연신율 파라미터가 설정된다.
재료는 어닐링된 버전으로 존재하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 재료는 냉간 압연에 의해 40 ~ 95 % 가공 경화를 거친다.
열처리 후에, 초고강도 재료의 연신율이 예컨대 특정 온도 범위에서 15 ~ 적어도 25 % 증가될 수 있다는 것이 발견되었다.
특히 자동차 산업에서, 이 재료는 종래의 재료와 동일한 신뢰성을 여전히 제공하면서 지금까지 사용되는 부품에 관하여 더 얇게 구성된다.
이 재료는 자동차 산업 (승용차, 트럭, 버스) 뿐만 아니라 레일 차량에 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서 바람직한 부품은 구조 부품, 샤시, 차체 판금 부품, 차체 판금 요소, B-필러, 로커 (rockers) 등이다.
사용된 오스테나이트 재료는 유리직하게는 철-망간 강 (크롬을 갖거나 갖지 않음) 이다.
이하에서, 가능한 재료 조성의 예가 (중량% 로) 주어진다:
1. Mn 4 - 30 %
Cr 10 - 30 %
0 % < C < 1 %
0 % < N < 1 %
Fe 잔부, 불가피한 불순물을 포함함
2. Mn 10 - 30 %
0 % < C < 1.6 %
0 % < N < 1 %
0 % < Al < 7 %
0 % < Si < 4 %
Fe 잔부, 불가피한 불순물을 포함함.
본 발명에 관한 다른 양태에 따르면, 열처리를 거치는 재료는 어닐링된 상태 (condition) 에 있다.
적용 경우에 따라, 열처리는 이동하는 (running) 스트립에 연속적으로 행해질 수 있다.
물론, 스트립에서 절단 또는 펀칭된 부품에 열처리가 불연속적으로 행해질 가능성에 대한 옵션이 또한 존재한다.
요구되는 실질적인 연신율 특성의 측면에서 양호한 결과가 700 ℃ ~ 850 ℃ 의 온도 범위 내의 열처리로 달성된다.
노의 타입 (표준 가열/유도) 에 따라, 개별 제품에 대해 10 초 ~ 10 분의 유지 시간이 설정될 수도 있다.
이런 식으로 가공 경화 및 열처리된 반제품의 적용 경우에 따라, 필요한 경우, 열처리 직후에 후속 단계에서 열간 가공될 수도 있다.
일 실시형태를 참조하여 본 발명을 간략하게 설명할 것이다.
이 예에서, 4 ㎜ 의 시작 두께를 갖는 평평한 제품으로서 오스테나이트 강이 코일로부터 냉간 압연 밀에서 1.5 ㎜ 의 두께로 압연된다. 초기 항복 강도는 재료를 가공 경화시킴으로써 100 % 만큼 증가되지만, 이는 연신율을 훼손시키면서 획득된다. 이 때문에, 가공 경화 재료는 그의 재결정 온도 미만의 목표 열처리를 거친다. 본 예에서, 이는 노를 통한 연속적인 패스에서 일어날 것이다. 노는 800 ℃ 의 온도에 있어야 한다. 가공 경화 재료는 3 분이라는 시간 내에 노를 통과한다.
가공 경화 반제품이 16 % 의 연신율 A80 을 가져야 한다면, 재료는 열처리 후에 약 27 % 의 연신율 A80 을 가질 수도 있다.
대안적으로, 주어진 온도 및 시간에서의 가공 경화 재료의 열처리가 열간 가공 프로세스에 의해 또한 이용될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 중량% 로, Mn 4 - 30 %, Cr 10 - 30 %, 0 % < C < 1.0 %, 0 % < N < 1.0 %, Fe 잔부를 가지며 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트 재료를 가공 경화한 후, 그 재료를 10 초 ~ 10 분의 시간 내에 200℃ ~ 1,100℃ 미만의 온도 범위 내에서 재결정 온도 미만으로 열처리함으로써, 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  2. 중량% 로, Mn 10 - 30 %, 0 % < C < 1.6 %, 0 % < N < 1.0 %, 0 % < Al < 7 %, 0 % < Si < 4 %, Fe 잔부를 가지며 불가피한 불순물을 포함하는 오스테나이트 재료를 가공 경화한 후, 그 재료를 10 초 ~ 10 분의 시간 내에 200℃ ~ 1,100℃ 미만의 온도 범위 내에서 재결정 온도 미만으로 열처리함으로써, 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    400 ~ 1300 MPa 의 항복 강도 Rp0.2, 800 ~ 1700 MPa 의 인장 강도 Rm, 및 3 ~ 60 % 의 연신율 A80 을 설정하기 위해, 상기 재료는, 가공 경화된 후, 10 초 ~ 10 분의 시간 내에 200℃ ~ 1,100℃ 미만의 온도 범위 내에서 재결정 온도 미만으로 열처리되는 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가공 경화는 냉간 압연에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리는 10 초 ~ 10 분 미만의 시간 동안 600℃ ~ 1,000℃ 의 온도 범위 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 범위는 700℃ ~ 850℃ 인 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리는 이동하는 (running) 스트립에 연속적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리는 스트립에서 절단 또는 펀칭된 부품에 불연속적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    부품이 가공 경화된 스트립에서 절단 또는 펀칭되어 후속 단계에서 열간 가공되는 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    부품이 가공 경화된 스트립에서 절단 또는 펀칭되어 후속 단계에서 냉간 가공되는 것을 특징으로 하는 고연신율을 갖는 초고강도 재료를 생산하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법에 의해 생산되는 재료를 자동차 및 레일 차량 기술 분야의 부품으로서 사용하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부품은 차체 판금 부품 또는 판금 보강 부재, 구조 부품, 또는 차량 샤시인 것을 특징으로 하는 방법.
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