KR102035525B1 - 필름형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강재에 관한 것으로, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지는 미세조직을 갖되, 상기 잔류 오스테나이트의 면적율이 10% 이상이고, 상기 잔류 오스테나이트는 길이가 폭의 3배 이상인 필름형 잔류 오스테나이트와 길이가 폭의 3배 미만인 블록형 잔류 오스테나이트로 이루어지되, 상기 필름형 잔류 오스테나이트의 면적이 잔류 오스테나이트 전체 면적의 60% 이상인 것을 특징으로 하며, 우수한 강도 및 연신율을 나타낼 수 있다.

Description

필름형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재 {STEEL HAVING FILM TYPE RETAINED AUSTENITE}
본 발명은 강재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다량의 필름형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재에 관한 것이다.
변태유기소성(TRIP)강은 강재 내에 잔류시킨 준안정한 오스테나이트 조직이 외부에서 가해지는 소성변형에 의하여 마르텐사이트로 변태되면서 강도와 함께 연성이 향상되는 효과를 얻을 수 있는 강이다.
일반적인 강재의 경우, 강도가 증가하면 연신율이 감소하고, 연신율이 증가하면 강도가 감소하나, TRIP강의 경우, 강도 및 연신율이 모두 양호한 특징이 있다.
변태유기소성에 반드시 필요한 준안정 잔류오스테나이트가 형성되는 과정은 다음과 같다. 기본조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지고 적정량의 Mn과 Si를 가지고 있는 강재를 페라이트와 오스테나이트가 공존하는 Ac1 ~ Ac3 사이의 적정한 온도에서 유지하면 강재 내의 오스테나이트 안정화 원소, 특히 탄소는 오스테나이트 내에 대부분 고용이 된다. 이를 펄라이트 변태영역보다 온도가 낮은 베이나이트 변태 영역으로 급냉한 후 수분간 유지하는 항온변태처리를 하면 오스테나이트에서 초석 페라이트가 형성되면서 탄소가 페라이트로부터 오스테나이트로 확산이동되어 오스테나이트 내의 탄소농도는 증가하며, 이에 따라 오스테나이트의 마르텐사이트 변태개시 온도인 Ms 점은 상온 이하까지 낮아질 수 있어 상온에서도 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되지 않고 안정하게 잔류할 수 있다. 이러한 잔류 오스테나이트를 포함하고 있는 강재에 소성변형을 가하면, 이 때의 소성변형이 기계적 구동력으로 작용하여 잔류 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태되며 마르텐사이트변태에 따른 가공경화율의 증가로 네킹이 지연되어 강도와 함께 연성이 증가된다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0100868호(2011.09.15. 공개)에 개시된 인장강도, 항복강도 및 연신율이 우수한 고강도 냉연강판 및 그 제조방법이 있다.
본 발명의 하나의 목적은 다량의 필름형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강재는 베이나이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지는 미세조직을 갖되, 상기 잔류 오스테나이트의 면적율이 10% 이상이고, 상기 잔류 오스테나이트는 길이가 폭의 3배 이상인 필름형 잔류 오스테나이트와 길이가 폭의 3배 미만인 블록형 잔류 오스테나이트로 이루어지되, 상기 필름형 잔류 오스테나이트의 면적이 잔류 오스테나이트 전체 면적의 60% 이상인 것을 특징으로 한다.
잔류 오스테나이트는 블록형 잔류 오스테나이트와 필름형 잔류 오스테나이트로 구분될 수 있다. 본 명세서에서는 길이가 폭의 3배 미만인 잔류 오스테나이트를 블록형 잔류 오스테나이트, 길이가 폭의 3배 이상인 필름형 잔류 오스테나이트를 필름형 잔류 오스테나이트로 각각 정의한다.
전술한 베이나이트 영역에서의 항온변태처리에 의한 잔류 오스테나이트는 일부 필름형 잔류 오스테나이트가 포함되어 있기는 하지만 대부분 블록형 잔류 오스테나이트이다.
블록형 잔류 오스테나이트는 상대적으로 조대하고, 과포화된 탄소 농도 또한 상대적으로 낮다. 이 때문에 작은 변형에도 바로 마르텐사이트로 변태되는 문제점이 있다. 반면, 필름형 잔류 오스테나이트는 비교적 미세하고, 과포화된 탄소 농도가 상대적으로 높기 때문에, 큰 변형에서도 마르텐사이트 변태가 지연되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 강재는 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 강재는 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%을 포함하고, P : 0.1% 이하, S : 0.1% 이하, Al : 0.5% 미만, N : 0.02% 이하 중 1종 이상을 더 포함하거나, Cr : 3.0% 이하, Mo : 1.0% 이하, B : 0.005% 이하, Nb : 0.1% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.1% 이하 및 Ca : 0.005% 이하 중 1종 이상을 더 포함하며, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 강재는 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.5~2.0%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 강재는 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.5~2.0%를 포함하고, P : 0.1% 이하, S : 0.1% 이하 및 N : 0.02% 이하 중 1종 이상을 더 포함하거나, Cr : 3.0% 이하, Mo : 1.0% 이하, B : 0.005% 이하, Nb : 0.1% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.1% 이하 및 Ca : 0.005% 이하 중 1종 이상을 더 포함하며, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 강재는 다량의 필름형 잔류 오스테나이트를 포함한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 강재는 종래의 주로 블록형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재에 비하여 강도와 연성이 상대적으로 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 강재를 제조할 수 있는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 1차 항온변태 결과, 베이나이트가 형성된 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 2차 항온변태 결과, 베이나이트가 추가 형성된 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 강종 1의 항온변태 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 5는 강종 2의 항온변태 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 6은 강종 3의 항온변태 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 7은 시편 11 및 시편 12의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 8은 시편 11 및 시편 12의 스트레인-스트레스 커브를 나타낸 것이다.
도 9는 시편 11 및 시편 12의 다양한 변형에 대한 EBSD 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 다양한 변형에 대한 노말라이즈된 잔류 오스테나이트 부피 분율을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 필름형 잔류 오스테나이트를 포함하는 강재에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 고강도 강판은 베이나이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지는 미세조직을 갖는다. 이때, 잔류 오스테나이트는 면적율이 10% 이상이고, 베이나이트는 면적율이 90% 이하이다.
또한, 잔류 오스테나이트는 필름형 잔류 오스테나이트와 블록형 잔류 오스테나이트로 이루어진다.
본 발명에서 필름형 잔류 오스테나이트는 폭보다 길이가 더 크다고 할 때, 길이가 폭의 3배 이상, 보다 구체적으로는 최대 길이가 최대 폭의 3배 이상인 형태의 잔류 오스테나이트를 의미한다. 또한, 블록형 잔류 오스테나이트는 필름형 잔류 오스테나이트 이외의 잔류 오스테나이트, 즉 길이가 폭의 3배 미만인 형태의 잔류 오스테나이트를 의미한다.
블록형 잔류 오스테나이트는 상대적으로 조대하고, 과포화된 탄소 농도 또한 상대적으로 낮다. 이 때문에 작은 변형에도 바로 마르텐사이트로 변태되는 문제점이 있다. 반면, 필름형 잔류 오스테나이트는 비교적 미세하고, 과포화된 탄소 농도가 상대적으로 높기 때문에, 큰 변형에서도 마르텐사이트 변태가 지연되는 효과를 얻을 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 고강도 강판은 필름형 잔류 오스테나이트의 면적이 블록형 잔류 오스테나이트 면적보다 더 크며, 특히, 필름형 잔류 오스테나이트의 면적이 잔류 오스테나이트 전체 면적의 60% 이상이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 강판은 필름형 잔류 오스테나이트가 전체 잔류 오스테나이트의 60% 이상 다량 함유됨으로써 종래의 블록형 잔류 오스테나이트 기반의 강재에 비하여 큰 변형에서도 마르텐사이트 변태가 지연될 수 있고, 이에 따라 강도와 연신율이 크게 향상될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 강재의 미세조직 상의 특징은 후술하는 베이나이트 영역에서의 다단 항온변태를 포함하는 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 강재는 최종 미세조직에 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있는 합금조성을 갖는 강판이라면 제한없이 적용할 수 있으나, 보다 바람직하게는 잔류 오스테나이트의 면적율을 10% 이상 안정적으로 확보할 수 있는 하기 합금 조성을 갖는 강재를 제시할 수 있다. 또한 열처리 이전의 강판의 형태는 열연강판 또는 냉연강판일 수 있으며, 보다 바람직하게는 냉연강판이다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 고강도 강판은 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 고강도 강판은 Fe를 대신하여, 중량%로, P : 0.1% 이하, S : 0.1% 이하, Al : 0.5% 미만 및 N : 0.02% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 예에 따른 고강도 강판은 Fe를 대신하여, 중량%로, Cr : 3.0% 이하, Mo : 1.0% 이하, B : 0.005% 이하, Nb : 0.1% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.1% 이하 및 Ca : 0.005% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
탄소(C)는 잔류 오스테나이트를 다량으로 강판 내에 형성시키기 위한 원소이다. 상기 탄소는 강판 전체 중량의 0.2~0.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.2중량% 미만일 경우, 최종 미세조직에 10% 이상의 잔류 오스테나이트를 확보하기 어려울 수 있다. 반대로, 탄소의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우, 용접성이 저하될 수 있다.
실리콘(Si)은 탄화물 생성을 억제함으로써 잔류오스테나이트 내의 탄소농축에 기여하여 오스테나이트의 열적 기계적 안정성을 증가시키는데 기여한다. 상기 강 중 탈산제 역할을 한다. 또한 실리콘은 페라이트를 안정화시켜 강도에 기여한다. 또한 실리콘은 오스테나이트-페라이트 변태를 촉진하여 페라이트 분율을 증가시키는 역할을 한다. 본 실시예에서 상기 실리콘은 강판 전체 중량의 1.0~3.0중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 1.0중량%를 초과하는 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘의 함량이 3.0중량%를 초과하는 경우, 용접성 및 도금성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 및 강도 향상에 기여한다. 상기 망간은 강판 전체 중량의 1.0~3.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 1.0중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 3.0중량%를 초과하면 산화스케일 문제 및 도금성 문제 등이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고강도 강판에는 불순물로서 혹은 강도 향상 등 목적을 위하여, 인(P), 황(S), 질소(N), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca) 등이 더 포함될 수 있다. 인(P), 황(S), 질소(N)는 강도, 가공성, 결정립 미세화 등에 일부 기여하나, 다량 포함될 경우, 인성, 크랙 발생 등을 유발할 수 있고, Al의 경우 탈산제로서 첨가될 수 있는 바, 이들 원소가 포함될 경우, 그 함량을 강판 전체 중량에 대하여 P : 0.1중량% 이하, S : 0.1중량% 이하, Al : 0.5% 미만 및 N : 0.02중량% 이하로 제한하였다. 또한, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 등의 원소는 가공경화, 석출경화 등을 통하여 강의 강도 향상에 기여하고, 칼슘(Ca)은 개재물을 구상화하여 강의 청정화에 기여한다. 다만, 이들 성분들이 과다할 경우, 연신율 저하에 의하여 강도와 연신율 조합이 오히려 저하되거나 그 효과가 포화될 수 있으므로, 강판 전체 중량에 대하여 Cr : 3.0중량% 이하, Mo : 1.0중량% 이하, B : 0.005중량% 이하, Nb : 0.1중량% 이하, V : 0.5중량% 이하, Ti : 0.1중량% 이하 및 Ca : 0.005중량% 이하로 제한하였다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 고강도 강판은 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.5~2.0%를 포함한다. 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 고강도 강판은 Fe를 대신하여, 중량%로, P : 0.1% 이하, S : 0.1% 이하 및 N : 0.02% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 예에 따른 고강도 강판은 Fe를 대신하여, 중량%로, Cr : 3.0% 이하, Mo : 1.0% 이하, B : 0.005% 이하, Nb : 0.1% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.1% 이하 및 Ca : 0.005% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
제2 실시예에 따른 고강도 강판은 실리콘이 포함되지 않거나 1.0 중량% 이하로 포함되는 대신, 알루미늄(Al)이 0.5~2.0중량%로 포함된다.
제2 실시예에 따른 고강도 강판에서, 상기 실리콘은 강판 전체 중량의 1.0중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 이는 본 실시예의 경우, 알루미늄(Al)이 0.5~2.0중량%로 포함되는 점을 고려한 것으로, 본 실시예에서 실리콘의 함량이 1.0중량%를 초과하는 경우, 용접성 및 도금성이 저하될 수 있다.
알루미늄(Al)은 통상 탈산제로서 작용하나, 제2 실시예에 따른 고강도 강판에서 알루미늄은 오스테나이트-베이나이트 상변태를 촉진함으로써 생산성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 알루미늄은 강판 전체 중량의 0.5~2.0중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 첨가량이 0.5중량% 미만에서는 생산성 향상 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 알루미늄의 첨가량이 2.0중량%를 초과하는 경우, 강판 표면 품질이 문제시될 수 있다.
한편, 제2 실시예에 따른 고강도 강판에서 실리콘과 알루미늄은 Si=Al, Si+Al=2.5중량%인 것이 표면 품질 및 도금성 측면에서 보다 바람직하다.
제2 실시예에 따른 고강도 강판의 경우에도, 불순물로서 혹은 강도 향상 등 목적을 위하여, 인(P), 황(S), 질소(N), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca) 등이 더 포함될 수 있다. 인(P), 황(S), 질소(N)는 강도, 가공성, 결정립 미세화 등에 일부 기여하나, 다량 포함될 경우, 인성, 크랙 발생 등을 유발할 수 있는 바, 이들 원소가 포함될 경우, 그 함량을 강판 전체 중량에 대하여 P : 0.1중량% 이하, S : 0.1중량% 이하 및 N : 0.02중량% 이하로 제한하였다. 또한, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 등의 원소는 가공경화, 석출경화 등을 통하여 강의 강도 향상에 기여하고, 칼슘(Ca)은 개재물을 구상화하여 강의 청정화에 기여한다. 다만, 이들 성분들이 과다할 경우, 연신율 저하에 의하여 강도와 연신율 조합이 오히려 저하되거나 그 효과가 포화될 수 있으므로, 강판 전체 중량에 대하여 Cr : 3.0중량% 이하, Mo : 1.0중량% 이하, B : 0.005중량% 이하, Nb : 0.1중량% 이하, V : 0.5중량% 이하, Ti : 0.1중량% 이하 및 Ca : 0.005중량% 이하로 제한하였다.
상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 합금조성을 갖는 고강도 강판은 후술하는 제조 방법과 결부하여, 인장강도 1000MPa 이상 및 인장강도와 연신율의 곱이 25,000MPa·% 이상, 몇몇 예에서는 30,000MPa·% 이상을 나타낼 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 고강도 강판은 연신율 25% 이상을 나타낼 수 있다.
다만, C 함량이 0.2중량% 미만, Mn함량이 1.0중량% 미만인 강의 경우, 경화능(hardenability)이 낮아 오스테나이트화 이후 냉각 중에 페라이트와 같은 고온 상이 생성될 가능성이 높아, 순수 베이나이트 조직을 확보하기 어려워질 수 있다. 따라서, 상기 제시된 예들과 같이 C 함량이 0.2중량% 이상, Mn 함량이 1.0중량% 이상인 강재가이 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 강재를 제조할 수 있는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강판 제조 방법은 오스테나이트화 단계(S110), 1차 항온변태 단계(S120) 및 2차 항온변태 단계(S130)를 포함한다. 이 방법에서의 특징은 1차 항온변태 및 2차 항온변태가 모두 베이나이트 영역, 즉 마르텐사이트 변태온도보다는 높은 온도에서 수행된다는 점이다.
오스테나이트화 단계(S110)에서는 강판을 가열하여 오스테나이트화한다. 이를 통하여, 미세조직이 풀 오스테나이트화될 수 있다.
이용되는 강판은 최종 미세조직에 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있는 합금조성을 갖는 강판이라면 제한없이 적용할 수 있으나, 보다 바람직하게는 잔류 오스테나이트의 면적율을 10% 이상 안정적으로 확보할 수 있는 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 합금 조성을 갖는 강판을 제시할 수 있다. 또한, 열처리 이전의 강판의 형태는 열연강판 또는 냉연강판일 수 있으며, 보다 바람직하게는 냉연강판이다.
오스테나이트화는 Ac3 ~ Ac3 + 200℃에서 1분 이상, 예를 들어 1~30분동안 유지하는 방법으로 수행될 수 있다. 오스테나이트화 온도가 Ac3 미만인 경우, 페라이트가 다량 잔존하게 되며, 오스테나이트화 온도가 Ac3 + 200℃를 초과할 경우, 결정립 사이즈가 지나치게 증가할 수 있다. 또한, 오스테나이트화가 1분 미만일 경우, 오스테나이트화가 불충분할 수 있다.
다음으로, 1차 항온변태 단계(S120)에서는 오스테나이트화된 강판을 베이나이트 영역에 해당하는 T1까지 1차 냉각하고, 1차 항온변태시킨다. 여기서, 베이나이트 영역은 베이나이트 변태시작온도인 Bs 이하 내지 마르텐사이트 변태시작온도인 Ms 이상의 온도 영역을 의미한다.
여기서, 1차 항온변태는 T1에서 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않고, 공정 설비 조건 등에 따라서는 T1보다 대략 10℃ 정도 낮은 온도에서 수행될 수도 있다. 이러한 개념은 후술하는 2차 항온변태에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
베이나이트 영역에서의 1차 항온변태 결과, 도 2에 도시된 예와 같이 오스테나이트의 일부가 베이나이트, 보다 구체적으로는 래스(lath) 형태의 베이나이트로 변태한다. 베이나이트들 사이에는 오스테나이트가 필름 형태의 잔류하나, 베이나이트들이 형성되지 않은 부분에는 대체로 오스테나이트가 블록 형태로 잔류한다.
1차 항온변태는 베이나이트 변태가 면적률로 30~70%되도록 수행될 수 있다. 이는 래스 형태의 베이나이트 사이의 필름 형태의 잔류 오스테나이트 형성, 그리고 2차 항온변태 후 면적률로 10% 이상의 잔류 오스테나이트 형성을 고려한 것이다.
1차 냉각시 평균 냉각 속도는 페라이트 등의 상변태 발생을 최대한 억제코자 20℃/sec 이상, 보다 바람직하게는 50~100℃/sec의 평균냉각속도를 적용할 수 있다.
다음으로, 2차 항온변태 단계(S130)에서는 1차 항온변태된 강판을 베이나이트 영역에 해당하되 T1보다는 50℃ 이상 낮은 T2까지 20℃/sec 이상, 예를 들어 20~100℃/sec 평균냉각속도로 2차 냉각하고, 2차 항온변태시킨다. 2차 항온변태 이후에는 공냉, 수냉 등의 방식으로 최종 냉각이 수행될 수 있으며, 최종 냉각은 상온까지 수행될 수 있다.
베이나이트 영역에서의 2차 항온변태 결과, 도 3에 도시된 예와 같이 잔류하는 오스테나이트의 일부가 추가로 베이나이트로 변태된다. 이 과정에서, 블록 형태의 오스테나이트에서 베이나이트가 형성되면서 필름 형태의 잔류 오스테나이트 분율이 높아진다.
여기서, 2차 항온변태 온도가 1차 항온변태 온도보다 50℃ 이상 낮은 이유는 후술하는 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 2차 항온변태 온도와 1차 항온변태 온도의 온도 차이가 50℃ 미만인 경우, 강도가 크게 감소하여, 강도 연신율 조합이 좋지 못한 결과를 나타내었기 때문이다.
즉, 본 발명의 경우, 1차 항온변태에서 오스테나이트가 베이나이트로 상변태되면서, 필름 형태의 오스테나이트 및 블록 형태의 오스테나이트가 잔류하고, 특히, 2차 항온변태에서 1차 항온변태에서 형성된 블록 형태의 오스테나이트가 베이나이트로 추가 변태되면서 필름 형태의 잔류 오스테나이트 분율이 높아지는 것을 특징으로 한다.
한편, 제1 실시예에 따른 합금 조성을 갖는 강판의 경우, 1차 항온변태는 400~600℃에서 20~100초동안 수행될 수 있다. 상기의 합금조성을 포함하는 강판에 있어서, T1이 400℃ 미만에서는 Ms 이상에서의 2차 항온변태가 어려워질 수 있다. 아울러, 1차 항온변태시간이 20초 미만인 경우 베이나이트가 충분히 형성되지 않을 수 있으며, 100초를 경과하면 2차 항온변태후 면적률로 10% 이상의 잔류 오스테나이트 형성이 어려워질 수 있다.
또한, 2차 항온변태시 충분한 베이나이트 형성을 위하여, 100초 이상 2차 항온변태시키는 것이 바람직하다. 아울러, 2차 항온변태는 1차 항온변태온도보다 50℃ 낮은 온도에서 수행된다. 그리고, 2차 항온변태는 100초 이상, 보다 바람직하게는 100~150초동안 수행될 수 있다. 100초 이상의 2차 항온변태를 통하여 래스 형태의 베이나이트 추가 변태를 통하여 잔류 오스테나이트 중 필름형 오스테나이트 분율을 최대한 높일 수 있다.
반면, 제2 실시예에 따른 합금조성을 갖는 강판의 경우, 1차 항온변태는 400~600℃에서 3~25초동안 수행될 수 있다. 본 발명의 경우 알루미늄을 0.5중량% 이상 첨가한 결과 오스테나이트-베이나이트 상변태가 촉진되어 상변태 시간을 25초 이내로 감축시킬 수 있다. 1차 항온변태시간이 3초 미만인 경우 베이나이트가 충분히 형성되지 않을 수 있다. 반대로, 1차 항온변태시간이 25초를 초과하는 경우, 2차 항온변태후 면적률로 10% 이상의 잔류 오스테나이트 형성이 어려워질 수 있다.
또한, 2차 항온변태시 충분한 베이나이트 형성을 위하여, 40초 이상, 보다 바람직하게는 40~80초동안 2차 항온변태시키는 것이 바람직하다. 제1 실시예에 따른 합금조성을 갖는 경우, 2차 항온변태는 대략 100초 이상 요구되는 반면, 제2 실시예에 따른 합금조성을 갖는 경우, 알루미늄 첨가 효과를 통하여 2차 항온변태 역시 40초 이상으로 감축시킬 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 강판 시편의 제조
표 1에 기재된 합금성분을 갖는 냉연강판 시편을 900℃에서 10분동안 오스테나이트화하고, 60℃/sec의 평균냉각속도로 표 2에 기재된 1차 항온변태온도까지 1차 냉각하여 30초동안 1차 항온변태시키고, 이후 25℃/sec의 평균냉각속도로 표 2에 기재된 2차 항온변태온도까지 2차 냉각하여 100초동안 2차 항온변태시킨 후, 30℃/sec의 평균냉각속도로 25℃까지 최종 냉각하여 강판 시편 1~8을 제조하였다.
[표 1]
Figure 112016061886303-pat00001
[표 2]
Figure 112016061886303-pat00002
또한, 표 3에 기재된 합금성분을 갖는 냉연강판 시편을 900℃에서 10분동안 오스테나이트화하고, 60℃/sec의 평균냉각속도로 표 4에 기재된 1차 항온변태온도까지 1차 냉각하여 그 온도에서 1차 항온변태시키고, 이후 25℃/sec의 평균냉각속도로 표 2에 기재된 2차 항온변태온도까지 2차 냉각하여 60초동안 2차 항온변태시킨 후, 30℃/sec의 평균냉각속도로 25℃까지 최종 냉각하여 강판 시편 9~10을 제조하였다.
[표 3]
Figure 112016061886303-pat00003
[표 4]
Figure 112016061886303-pat00004

2. 미세조직 및 물성평가
제조된 강판 시편들 1~10에 대하여, SEM 사진 및 TEM 사진 분석을 통하여 잔류 오스테나이트 분율을 계산하였으며, 최대 길이가 최대 폭의 3배 이상인 것을 필름 형태의 잔류 오스테나이트로 하였다. 또한, 제조된 강판 시편들에 대하여, 인장시험을 실시하여 인장강도 및 연신율을 측정하였다.
그 결과를 표 5에 나타내었다.
표 5에서 γ 분율은 잔류 오스테나이트 분율을 의미하며, f-γ 분율는 잔류 오스테나이트 내 필름 형태의 잔류 오스테나이트의 분율을 의미한다.
[표 5]
Figure 112016061886303-pat00005
표 5를 참조하면, 잔류 오스테나이트 분율이 면적률로 10% 이상이고, 잔류 오스테나이트 내 필름형 잔류 오스테나이트 분율이 60% 이상인 시편 2, 6, 7, 9, 10의 경우, 인장강도 1000MPa 이상 및 인장강도와 연신율의 곱이 25,000MPa·% 이상을 나타내었으며, 또한, 연신율 25% 이상을 나타내었다.
반면, 잔류 오스테나이트 분율이 면적률로 10% 미만이거나 잔류 오스테나이트 내 필림형 잔류 오스테나이트 분율이 60% 미만인 시편 1, 3, 4, 5, 8의 경우, 인장강도가 1000MPa 미만이거나, 인장강도와 연신율의 곱이 25,000MPa·%에 미치지 못하였다. 이는 잔류 오스테나이트가 10% 이상 생성될 수 없는 합금 조성이거나, 2단 항온 변태를 수행하지 않았거나 2단 항온 변태를 수행했더라도 변태온도 차이가 50℃ 미만인 것에 기인한다.
도 4는 강종 2의 항온변태 다이어그램을 나타낸 것이고, 도 5는 강종 5의 항온변태 다이어그램을 나타낸 것이고, 도 6은 강종 6의 항온변태 다이어그램을 나타낸 것이다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, Al이 첨가되지 않은 강종 2에 비하여, Al이 0.5중량% 이상 첨가된 강종 5 및 강종 6의 경우 변태시간이 현저히 감소되는 것을 볼 수 있다.
이러한 결과로, 시편 9, 10의 경우, 시편 2, 6, 7에 비하여 항온변태시간이 상대적으로 짧음에도 불구하고, 제조된 강판이 동등 이상의 물성을 나타낼 수 있어, 생산성 측면에서 보다 바람직하다고 볼 수 있다.
도 7은 시편 11 및 시편 12의 미세조직을 나타낸 것이고, 도 8은 시편 11 및 시편 12의 스트레인-스트레스 커브를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8의 시편 11 및 시편 12는 다음과 같은 과정으로 제조되었다.
강종2의 조성을 갖는 냉연강판 시편을 950℃에서 5분동안 오스테나이트화하고, 20℃/sec의 평균냉각속도로 400℃까지 냉각한 후 100초동안 항온변태킨 후, water quenching하여 시편 11을 제조하였다.
또한, 강종2의 조성을 갖는 냉연강판 시편을 950℃에서 5분동안 오스테나이트화하고, 20℃/sec의 평균냉각속도로 500℃까지 1차 냉각하여 30초동안 1차 항온변태시키고, 다시 20℃/sec의 평균냉각속도로 400℃까지 2차 냉각하여 100초동안 2차 항온변태시킨 후, water quenching하여 시편 12를 제조하였다.
도 7을 참조하면, 시편 11의 미세조직(도 11의 (a))에는 블록형 잔류 오스테나이트(γB)가 다수 관찰되나, 시편 12의 미세조직(도 11의 (b))에는 대부분의 잔류 오스테나이트는 필름형 잔류 오스테나이트((γF)인 것을 볼 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 시편 11과 시편 12는 서로 유사한 인장강도를 나타내지만, 블록형 잔류 오스테나이트가 다량 함유된 시편 11의 경우 대략 25% 정도의 연신율을 나타내는데 반하여, 필름형 잔류 오스테나이트가 다량 함유된 시편 12의 경우 대략 30%의 연신율을 나타냄을 볼 수 있다.
도 9는 시편 11 및 시편 12의 다양한 변형에 대한 EBSD 결과를 나타낸 것이고, 도 10은 다양한 변형에 대한 노말라이즈된 잔류 오스테나이트 부피 분율을 나타낸 것이다.
도 9의 (a), (b), (c)는 시편 11에 대한 것이고, 도 9의 (d), (e), (f), (g)는 시편 12에 대한 것이다. 또한, 도 9의 (a)는 0% 변형, (b)는 6% 변형, (c)는 14% 변형, (d)는 0% 변형, (e)는 8% 변형, (f)는 14% 변형, (g)는 24% 변형에 대한 것이다. 도 9에서 녹색은 베이나이트를, 붉은색은 잔류 오스테나이트를, 검은색은 마르텐사이트를 각각 의미한다.
도 9의 (a) 및 (d)를 참조하면, 시편 11의 경우 블록형 잔류 오스테나이트가 다수 존재하나, 시편 12의 경우 필름형 잔류 오스테나이트가 다수 존재하는 것을 볼 수 있다.
그리고, 도 9 및 도 10을 참조하면, 14%까지의 변형에 대하여, 시편 11의 경우 잔류 오스테나이트가 대부분 마르텐사이트로 변태되었음을 볼 수 있다(도 9의 (b), (c)). 이에 반하여, 시편 12의 경우 14%까지의 변형에 대하여 마르텐사이트로 거의 변태되지 않고 잔류 오스테나이트 상을 그대로 유지하는 것을 볼 수 있으며(도 9의 (e), (f)), 25% 변형시 마르텐사이트로 변태가 이루어지는 것을 볼 수 있다(도 9의 (g)).
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 1.0~3.0%을 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며,
    면적률로, 베이나이트 85~90% 및 잔류 오스테나이트 10~15%로 이루어지는 미세조직을 가지며,
    상기 잔류 오스테나이트는 길이가 폭의 3배 이상인 필름형 잔류 오스테나이트와 길이가 폭의 3배 미만인 블록형 잔류 오스테나이트로 이루어지되, 상기 필름형 잔류 오스테나이트의 면적이 잔류 오스테나이트 전체 면적의 60% 이상인 것을 특징으로 하는 강재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강재는 중량%로, P : 0.1% 이하, S : 0.1% 이하, Al : 0.5% 미만, N : 0.02% 이하 중 1종 이상을 더 포함하거나, Cr : 3.0% 이하, Mo : 1.0% 이하, B : 0.005% 이하, Nb : 0.1% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.1% 이하 및 Ca : 0.005% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재.
  4. 중량%로, C: 0.2~0.5%, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0~3.0%, Al: 0.5~2.0%를 포함하고, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고,
    면적률로, 베이나이트 85~90% 및 잔류 오스테나이트 10~15%로 이루어지는 미세조직을 가지며,
    상기 잔류 오스테나이트는 길이가 폭의 3배 이상인 필름형 잔류 오스테나이트와 길이가 폭의 3배 미만인 블록형 잔류 오스테나이트로 이루어지되, 상기 필름형 잔류 오스테나이트의 면적이 잔류 오스테나이트 전체 면적의 60% 이상인 것을 특징으로 하는 강재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강재는 중량%로, P : 0.1% 이하, S : 0.1% 이하 및 N : 0.02% 이하 중 1종 이상을 더 포함하거나, Cr : 3.0% 이하, Mo : 1.0% 이하, B : 0.005% 이하, Nb : 0.1% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.1% 이하 및 Ca : 0.005% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재.
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