KR102134524B1 - 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트, 이를 제조하기 위한 방법 및 자동차 산업에서의 이의 용도 - Google Patents

열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트, 이를 제조하기 위한 방법 및 자동차 산업에서의 이의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이의 조성이 중량 백분율로 다음과 같은 것을 특징으로 하는, 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트에 관한 것이다: 0.6% ≤ C ≤ 0.9%; 17% ≤ Mn ≤ 22%; 0.2% ≤ Al ≤ 0.9%; 0.2% ≤ Si ≤ 1.1% 여기서 0.85% ≤ Al + Si ≤ 1.9%; 1.2% ≤ Cu ≤1.9%; S ≤ 0.030%; P ≤ 0.080%; N ≤ 0.1%; 선택적으로: Nb ≤ 0.25%, 바람직하게 0.070 내지 0.25%; V ≤ 0.5%, 바람직하게 0.050 내지 0.5%; Ti ≤ 0.5%, 바람직하게 0.040 내지 0.5%; Ni ≤ 2%; 극미량 ≤ Cr ≤ 2%, 바람직하게 ≤ 1%; B ≤ 0.010%, 바람직하게 0.0005% 내지 0.010%; 잔량의 철 및 생산으로부터 결과된 불순물. 본 발명은 또한 이 플레이트를 제조하기 위한 방법, 및 자동차 산업에서의 이 플레이트의 용도에 관한 것이다.

Description

열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트, 이를 제조하기 위한 방법 및 자동차 산업에서의 이의 용도{Hot-rolled or cold-rolled steel plate, method for manufacturing same and use thereof in the automotive industry}
본 발명은 야금학에 관한 것이며, 더 구체적으로 자동차 산업에 사용될 수 있는 철-망간 스틸로 된 열간 압연 또는 냉간 압연 금속 플레이트에 관한 것이다.
오스테나이트계 Fe-Mn-C 스틸(steel)이 자동차 산업에서, 특히 열간 압연 또는 냉간 압연 플레이트 형태의, 매우 높은 강도를 가진, 구조 부품을 제조하는데 사용된다. 이들은 동일한 용도를 위해 사용되는 탄소 스틸과 비교하여, 더 경량인 이점을 가지며, 이것은 차량의 이용 동안에 뚜렷한 에너지 절약을 가능하게 한다. 이러한 유형의 스틸은 또한 ≪트윕(TWIP; Twinning Induced Plasticity) 스틸≫으로도 불린다. 이들의 기계적 강도는 높으며(인장 강도 Rm > 1,000 MPa) 이들의 연성은 상당하다(파단 신율 A > 50%). 이들은 성형성이 우수하고 충격에 있어서 에너지를 흡수하는 에너지가 크다. 이것은 이들이 차량의 안전 및 구조 부품의 제조에 특히 적합하게 한다.
이들의 Mn 함량은 10% 이상, 종종 15 내지 35% 크기이며, 이들의 C 함량은 예를 들어 1.5%까지일 수 있으며, Al, Si, Cu, Ti, W, Mo, Cr, Ni, Nb, V…와 같은 다른 원소가 상당한 양으로 존재할 수 있다. 이러한 함량은 중량 백분율로 주어지며 다음의 본문에 언급된 모든 함량도 그러할 것이다.
이러한 스틸의 바람직한 기계적 특성은,
- -100 내지 +1200 ℃의 모든 온도에서 이들의 안정된 오스테나이트계 구조;
- 강한 수준의 기계적 쌍정화(mechanical twinning) 때문인 이들의 높은 가공-경화 비율(n > 0.4) 때문이다.
실온에서, 스틸의 스택 폴트 에너지(stack fault energy)는 기계적 쌍정화가 전위의 슬리핑(slipping of dislocations)과 경쟁하게 하기 위해 충분히 낮다. 쌍정화 밀도(twinning density)가 변형과 함께 증가함에 따라, 전위의 자유 경로는 급격히 감소한다. 이 메커니즘에 의해서 앞서 언급한 바람직한 기계적 특성들이 달성될 수 있다.
이와 같은 플레이트들을 기술한 문헌들 중에서, 다음의 문헌들이 언급될 수 있다.
EP-A-1 067 203이 얇은 스트립의 직접 캐스팅에 의해서 제조되는 Fe-Mn 플레이트를 기술하고 있다. 기술된 조성은 매우 폭넓다. 특히 Al 함량은 6%까지일 수 있으며, Cu 함량은 5%까지일 수 있으며, Si 함량은 2.5%까지일 수 있다. 그러나 낮은 Si, Al 및 Cu 함량이 바람직하다. 이러한 스틸은 이들의 생산 방법(elaboration method)(가능한 열간 압연과 함께 얇은 스트립으로 캐스팅하고, 이는 바람직하게는 캐스팅과 일치하도록 하고, 냉간 압연하고, 재결정 어닐링하는 것)이 준수되는 경우 현저한 기계적 특성을 가진다. 그러나 얇은 스트립으로 캐스팅하는 것은, 이것이 자동차용 제품에 대하여 바람직한 대량 생산에 적용하기 어려운 방법이고 매우 적합하지 않다.
WO-A-03/025240이 10 내지 40%의 Mn, 2%까지의 C, 5%까지의 Si, 5%까지의 Al, 5%까지의 Cu를 포함하는, 용접관용 고강도 Fe-Mn 플레이트를 기술하고 있다. 많은 다른 합금 원소들이 또한 존재할 수 있다. 그러나, 낮은 Al 함량(0.1% 미만, 바람직하게 최대 0.01%), 낮은 Cu 함량(1% 미만), 낮은 Si 함량(1% 미만, 바람직하게 0.5% 미만)이 바람직하며, 특히 질화물을 형성하고 이로써 고온 변형 동안에 크랙의 형성을 촉진할 위험이 있는, 높은 함량의 Al에 대하여 그러하다. 낮은 Si 함량도 또한 바람직한데, 왜냐하면 Si가 저온 변형(cold deformation) 동안에 마텐자이트의 형성을 촉진할 수 있고, 재료를 산세척(pickling)하는데 적합하지 않고 이의 용접성이 적합하지 않기 때문이다.
WO-A-2005/019483이 900 MPa 이상의 Rm 및 높은 파단 신율(Rm x A% > 45,000)을 갖는 열간 압연 Fe-C-Mn 스틸 플레이트을 기술하고 있다. C 함량은 0.5-0.7%로 좁혀졌으며 Mn 함량은 17-24%로 좁혀졌다. Al 함량은 다시 Al 질화물의 형성을 방지하기 위해서, 매우 낮은 수준, 최대 0.050%로 유지되었다. Si 및 Cu의 상당한 존재가 가능하지만, 특히 바람직하지는 않다.
WO-A-2006/056670이 약간 더 많은 C 함량(0.85-1.05%) 및 16 내지 19%의 더 좁혀진 Mn 함량을 가진 이전 문헌들의 플레이트과 비교할만한 플레이트를 기술하고 있다. 이들의 강도 Rm은 1,200 MPa보다 더 크며 이의 A%와의 곱은 65,000 MPA%보다 더 크다. 그러나 이러한 높은 특성은 석출된(precipitated) 탄화철의 전적인 부재 및 최대 10 μm의 평균 결정립(grain) 크기의 비용에서 열간 압연 플레이트에서만 달성될 수 있다. 열간 압연 이후의 빠른 담금질(quenching)과 그 이후의 저온(<400℃)에서의 와인딩(winding)이 이 목적을 위해 요구된다. 그리고 만약 조성과 처리 조건이 잘 준수되지 않는다면, 분리된 영역과 결정립계(grain boundaries)에서 시멘타이트를 형성할 위험이 있으며, 여기서 제품 내에 균일한 특성을 불충분하게 형성할 위험이 있다.
WO-A-2006/077301이 지연된 크래킹에 저항하도록, 즉 성형 이후의 크랙의 발생에 저항하도록 만들어진, 열간 압연되고 그 다음에 냉간 압연되고 그 다음에 어닐링된 Fe-C-Mn 스틸 플레이트를 기술하고 있다. 이 목적을 위해서, 수소 트랩으로 사용될 원소(들)가 스틸 내로 도입되고, 이 원소가 오스테나이트계 결정립계(grain boundaries)에서 농축되는 것을 방지한다. 이 목적을 위해서, V, Ti, Nb, Cr 및 Mo가 함께 또는 개별적으로 사용될 수 있다. V가 특히 효과적이다. 스틸의 조성 및 열 처리는 바람직한 높은 기계적 특성과 지연된 크래킹에 대한 저항성을 달성하기 위해, 특히 평균 크기가 5 내지 25 nm이고 대부분 입내(intragranular) 위치에 위치한 탄화물을 얻기 위한 목적으로, 조절된다.
WO-A-2008/007192가 금속/코팅 계면에서 Fe 및 Mn이 풍부한 층의 형성을 가능하게 하는 조건 하에서 Zn 또는 Zn 합금으로 추가로 코팅될 수 있는, 이전 문헌들의 플레이트과 비교할만한 플레이트를 기술하고 있다.
WO-A-93/13 233이 Mn = 15-35%, C = 0-1.5%, 바람직하게 0-0.7%, Al = 0.1-6%, Si ≤ 0.6%이고, Mn 및 Al 함량이 동시에 정해진 범위에 속하는 오스테나이트계 Fe-Mn 플레이트를 기술하고 있다. 이들은 높은 강도, 높은 성형성 및 높은 용접성을 가진다. 문헌 WO-A-95/26423, WO-A-97/24467이 비교할만한 플레이트를 기술하고 있다. 다른 원소들은 매우 방대한 함량 범위로, 예를 들어 Cu는 5%까지 존재할 수 있다. WO-A-2007/074994가 염류 매질에서의 부식에 대한 이들의 저항성을 개선하기 위해 아연도금되도록(galvanized) 만들어진 (그러나 5% Mn만을 함유할 수 있는) 비교할만한 플레이트를 기술하고 있다.
WO-A-2008/078962가 C를 0.5%까지만 함유하고, 다른 원소 그 중에서 가능하게는 Cu를 10%까지 함유하는 Fe-Mn 플레이트를 기술하고 있다. 이들은 잔여 오스테나이트 및 마텐자이트를 함유한다. 이들은 우수한 인성을 가지지만 이들의 인장 강도(비록 상대적으로 높지만) 및 이들의 파단 신율은 앞서 언급한 재료의 그것들보다 작다.
WO-A-2007/075006이 코팅되도록 그리고 우수한 표면 품질을 가지도록 만들어진, 열간 압연 또는 냉간 압연 Fe-Mn 플레이트를 기술하고 있다. 이들은 0.2-1.5%의 C, 10-25%의 Mn, 0.01-3%의 Al 및 0.005-2%의 Si를 함유한다.
WO-A-2008/078904가 0.2-1.5%의 C, 10-25%의 Mn, 0.3-3.0%의 Al을 함유하고 Si를 함유하지 않으며, 높은 기계적 특성과 우수한 표면 품질을 갖는 열간 압연 또는 냉간 압연 Fe-Mn 플레이트를 기술하고 있다.
WO-A-2008/078940이 0.2-1.5%의 C, 10-25%의 Mn, 0.3-3.0%의 Al, 그리고 Si, Ti 및 Nb 중 하나 이상의 원소를 함유하고, 높은 기계적 특성과 우수한 표면 품질을 갖는 열간 압연 또는 냉간 압연 Fe-Mn 플레이트를 기술하고 있다. 이들은 충격을 흡수하는데 있어서 우수한 용량으로 구별된다.
그러나, Mn 또는 심지어 또한 C가 풍부한 이러한 종류의 스틸은, 이들이 높은 응력 및 변형 수준에 이를 수 있기 때문에, 수소에 의한 상이한 형태의 손상에 대하여, 특히 응력 하의 부식에 대하여 상당한 민감성을 가진다. 방금 언급된 문헌들은, 특히, 이 문제에 대한 어떤 해결방안도 제시하지 못한다.
본 발명의 목적은 사용자, 특히 자동차 제조자에게, 열간 압연 또는 어닐링된 크루드 플레이트(crude plate)에 대하여 바람직한 높은 기계적 특성, 예컨대 850 MPa 이상의 인장 강도 Rm 및 50% 이상의 파단 신율, 및 큰 소성 변형 용량을 가질 뿐만 아니라, 수성 매질 및 염류 매질 모두에서 응력 하의 부식에 대한 높은 저항성을 가지는, 열간 압연 또는 냉간 압연 판 형태의, 그리고 선택적으로 전기-아연도금된 Fe-Mn 스틸을 제공하는 것이다.
이 목적을 위해서, 본 발명의 목적은 조성이 중량 백분율로 다음과 같은 것을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트이다:
- 0.6% ≤ C ≤ 0.9%;
- 17% ≤ Mn ≤ 22%;
- 0.2% ≤ Al ≤ 0.9%;
- 0.2% ≤ Si ≤ 1.1%;
- 여기서 0.85% ≤ Al + Si ≤ 1.9%;
- 1.2% ≤ Cu ≤1.9%;
- S ≤ 0.030%;
- P ≤ 0.080%;
- N ≤ 0.1%;
선택적으로
- Nb ≤ 0.25%, 바람직하게 0.070 내지 0.25%;
- V ≤ 0.5%, 바람직하게 0.050 내지 0.5%;
- Ti ≤ 0.5%, 바람직하게 0.040 내지 0.5%;
- Ni ≤ 2%;
- 극미량 ≤ Cr ≤ 2%, 바람직하게 ≤ 1%;
- B ≤ 0.010%, 바람직하게 0.0005% 내지 0.010%;
잔량은 철 및 생산(elaboration)으로부터 결과된 불순물이다.
바람직하게, 0.4% ≤ Al ≤ 0.8%.
바람직하게, 0.2% ≤ Si ≤ 0.6%.
바람직하게, 17% ≤ Mn ≤ 18%.
바람직하게, 결정립(grain)의 평균 크기는 5 μm 이하이다.
바람직하게, 석출된(precipitated) 탄화물의 표면 분율은 1.5% 이하이다.
전기-아연도금으로 얻는 Zn 또는 Zn 합금 코팅을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스틸 플레이트을 제조하기 위한 방법이다:
- 상기 조성을 갖는 스틸로 된 반제품을 생산하고(elaborated) 슬래브(slab)로 캐스팅(cast)하는 단계;
- 상기 반제품을 그 다음에 1,100 내지 1,300℃의 온도에 있게 하는 단계;
- 그 다음에 열간 압연 플레이트를 얻기 위해서 상기 반제품의 열간 압연을 달성하는 단계로, 압연 마지막에서의 상기 반제품의 온도가 890℃ 이상인 단계;
- 그 다음에 압연의 마지막과 담금질의 시작 사이의 지연을 관찰하여 상기 지연 및 압연 마지막에서의 상기 온도에 의해서 정의되는 점(point)이 도 1에 도시된 바와 같은, ABCD’E’F’A, 바람직하게 ABCDEFA 다이어그램에 의해서 정의되는 영역 내에 위치하게 하면서, 40℃/s 이상의 속도로 상기 열간 압연 반제품의 급속 담금질을 달성하는 단계로, 금속이 상기 지연 동안에 개방된 공기에서 자연 냉각을 겪는 단계;
- 그 다음에 상기 열간 압연 플레이트를 580℃ 이하의 온도에서 감는(wound) 단계.
본 발명의 선택 가능한 예에 따르면, 냉간 압연 플레이트를 얻기 위해서 상기 감긴 열간 압연 플레이트를 풀고 하나 이상의 냉간 압연/어닐링 사이클을 이에 적용한다.
상기 냉간 압연/어닐링 사이클(들) 이후에, 30% 이하의 감소율의 저온 변형을 상기 냉간 압연 플레이트에 적용할 수 있다.
상기 저온 변형은 가공 경화 롤링(work hardening rolling), 교차 굴곡을 통한 인장 레벨링(tensile leveling with alternating flexure) 및 단순한 드로잉(simple drawing)으로부터 선택되는 방법으로 달성할 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 상기 조성을 갖는 열간 압연 또는 냉간 압연 플레이트의 자동차 산업에서의 용도이다.
상기 플레이트는 응력 하에서 부식을 초래할 수 있는 조건 하에서 사용될 수 있다.
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도 1 은 압연의 마지막과 신속한 담금질의 시작 사이의 지연과 압연의 마지막에서의 온도 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
앞으로 이해될 것과 같이, 본 발명은 TWIP 스틸의 일반적인 용도에 대하여 적합한 기계적 특성 및 지금까지 알려진 이 종류의 스틸보다 응력 하에서의 부식에 대한 더 우수한 저항성을 모두 보장하는 것이 가능한, 주 원소 Fe, Mn, Al 및 Cu의 함량들 사이의 밸런스를 찾는 것으로 구성된다. 특히, Al-Cu 및 Al-Si 쌍이 이 문제를 해결하는데 특별한 관련성을 가짐을 발견하였다.
본 발명은 본 발명에 따른 스틸에 대하여, 열간 압연의 마지막에서의 온도와 열간 압연의 마지막 및 그 다음의 빠른 담금질의 시작 사이의 지연의, 와인딩 이후의 재결정화된 부분에 대한 영향을 보여주는 다이어그램을 도시하는 도 1에 대한 참조를 고려하면 이하 명세서를 읽은 다음에 더 잘 이해될 것이다.
응력 하에서의 부식에 대한 민감성은 두 개의 종래의 방법, 소위 ≪ 컵 테스트 ≫ 및 ≪ 크리프 테스트 ≫로 측정된다.
컵 테스트는 WO-A-2006/077301에 개시된 방법에 따르면, 예를 들어 55mm의 직경을 가진 원형의 플랫 블랭크와 함께 시작하고, 컵을 형성하기 위해서 예를 들어 33 mm의 직경을 가진 펀치로 이것을 누르는 것으로 구성된다. 현재 경우에서, 테스트의 가혹성을 결정하고, 플랫 블랭크의 직경과 펀치 직경 사이의 비율에 의해서 결정되는 인자 β는 1.67이다. 금속의 변형에 따른 내부 응력을 가지는, 컵은 그 다음에 매질에 따라, 순수한 물 또는 소금물, 또는 염류 미스트(saline mist)에 담기며, 매질의 영향은 테스트될 것이며, 이후에 크랙이 나타나는 일수가 측정된다.
크리프(creep) 테스트에서는, 종래의 인장 테스트 시편이 소금물을 함유하는 팬에 완전히 담기며, 그 다음에 일정한 인장력을 받는다. 부식으로 인해 크랙이 나타나는데 걸린 시간을 관찰한다.
본 발명에 따른 스틸은 목표가 된 용도의 이 유형에 대한 일반적인 기계적 특성을 가져야만 한다: 열간 압연된 또는 냉간 압연된 그리고 어닐링된 크루드 플레이트(crude plate)에 대하여 850 MPa 이상의 인장 강도 Rm 및 50% 이상의 A%.
응력 하의 부식을 지지하는 스틸의 용량에 관하여, 본 발명자는 다음의 이들 자체의 기준을 적용하였다.
본 발명자는 수돗물(tap water)에 잠긴 다섯 개의 컵의 무리에서 첫 번째 크랙이 관찰되는 지속기간(지속기간 A), 연속적인 염류 미스트 테스트의 대상이 되는 다섯 개의 컵에 대한 지속기간(지속기간 B), 뿐만 아니라 사전에 50%의 감소로 냉간 압연된 플레이트에서 절단되고, 냉간 압연에 의한 50%의 감소 이후에 최대 인장 강도의 80%와 동일한 응력을 받는 인장 시편에 대한 지속기간(지속기간 C)을 일수로 측정하였다. 응력은 5% NaCl 수용액에 담긴 시편에 적용된다.
그리고 수량 Σ = A + 3xB + 4xC가 그 다음에 계산되었다. 이것은 염류 미스트에서의 컵 테스트와 소금물에서의 시편의 인장 테스트를 우선적으로 상쇄함으로써(counter-balancing), 응력 하에서의 부식에 대한 스틸의 저항성을 표현하며, 이것은 본 발명에 따른 스틸로부터 제조된 부품이 이들의 사용시 마주칠 수 있는 가장 요구되는 조건들을 나타낸다. 본 발명자는 스틸이 응력 하의 부식에 대한 이의 저항성 면에서, 만족스러운 것으로 간주되려면 170일 이상의 수량 Σ가 달성되어야 하는 것으로 고려하였다.
컵의 부식에 대한 저항성에 대하여 최소 지속기간이 90일(물에서 시험) 및 13일(염류 미스트에서 시험)일 필요가 있는 것으로 일반적으로 고려된다. 소금물에서 응력 하에서의 부식 테스트에 대하여, 부식에 대한 저항성의 최소 지속기간 4일이 관찰되어야 하는 것으로 고려되었다.
실험은 결정립(grains) 및 석출물(precipitates)에 대한 크기 기준이 단지 본 발명에 따른 이러한 스틸의 응력 하에서의 부식에 대한 저항성에 상대적으로 작은 영향을 미치고, 이의 조성이 주요 특징임을 보여준다. 석출물의 크기는 응력 하에서의 부식에 대하여 아무런 영향을 미치지 않지만, 지연된 크래킹에 대하여만 영향을 미친다. 큰 결정립의 존재는 아마 응력 하에서의 부식에 이로울 수 있지만, 이것은 바람직한 기계적 특성을 얻는 것을 방지할 것이다.
스틸에 바람직한 기계적 특성을 제공하게 하는, 본 발명의 스틸을 제조하기 위한 방법에 관해 말하면, 이것은 공지된 Fe-Mn 스틸에 대한 기존 방법과 근본적으로 동일할 수 있다.
WO-A-2005/019483에 개시된 방법이, 이것이 본 발명의 조성에 꽤 필적할만한 조성으로 스틸에 적용될 경우, 잘 채택될 수 있다. 이것은 소정의 조성을 갖는 스틸로 된 반제품을 생산하고 슬래브로 캐스팅하고, 이것을 1,100-1,300℃의 온도에 있게 하고, 그렇게 가열된 반제품에 890℃ 이상의 최종 온도로 압연으로 고온 변형을 생산하고, 압연의 마지막과 담금질의 시작 사이의 지연을 관찰하여 상기 지연 및 압연 마지막에서의 상기 온도에 의해서 정의되는 점이 도 1에 도시된 바와 같은, ABCD’E’F’A, 바람직하게 ABCDEFA 다이어그램에 의해서 정의되는 영역 내에 위치하게 하면서, 40℃/s의 최소 담금질 속도가 달성될 수 있는 물의 분무 또는 임의의 다른 방법으로 압연된 반제품의 급속 담금질을 수행하는 것으로 구성된다. 상기 지연 동안에, 금속은 개방된 공기에서 자연 냉각을 겪는다.
이 지연을 관찰하는 것의 기능은 (이것이 ABCD’E’F’A 영역에 위치한다면)제품의 75% 이상의 또는 (이것이 ABCDEFA 영역에 위치한다면) 심지어 제품의 100%의 오스테나이트의 재결정이 얻어지는 것을 보장하는 것이다. 이 조건에서 바람직한 기계적 특성, 및 특히 큰 변형 용량을 보장하는, 최종 제품의 구조가 얻어진다.
담금질 이후에, 탄화철의 석출(precipitation)을 방지하기 위해서 580℃ 또는 더 낮은 온도에서 얻어진 핫 플레이트는 감긴다.
일반적으로, 이를 통해 얻어진 열간 압연 플레이트는 특히 사용된 캐스팅 방법에 따라, 0.5 내지 5 mm에 포함되는 두께를 가진다. 가장 작은 두께는 일반적으로 반제품이 액체 금속으로부터 직접 온 얇은 슬래브 또는 얇은 스트립을 연속적으로 캐스팅하기 위한 방법으로 캐스팅되는 경우와 상응한다.
선택적으로, 만약 냉간 압연 플레이트를 얻으려고 한다면, 냉간 압연 및 그 다음의 배치-어닐링(batch-annealing) 또는 연속적인 어닐링이 열간 압연된 플레이트의 풀림(unwinding) 이후에 이에 적용된다. 어닐링 및 후속의 담금질 조건은 그러나 결정립(grain)의 성장 및 탄화철의 석출을 방지하여야 하는데, 이것은 이에 비례하여 목표가 된 기계적 특성을 얻는 것을 손상한다. 예를 들어, 600-900℃에서 10 내지 500 초 동안 수행하는 연속적인 어닐링 다음의 0.5℃/s 이상의 속도의 담금질은 이 목적에 적합하다. 특히 냉간 압연 플레이트에 대하여 작은 최종 두께를 얻고자 하는 경우에, 이와 같은 냉간 압연/어닐링 사이클을 여러 번 수행하는 것이 또한 가능하다.
이 다음에, 30%를 초과하지 않는 감소 수준에서, 새로운 저온 변형, 예를 들어 가공 경화 롤링(work hardening rolling)(스킨-패스)(skin-pass), 교차 굴곡을 통한 인장 레벨링(tensile leveling with alternating flexure), 단순한 드로잉(simple drawing)을 진행하는 것이 가능하다. 이 최후의 성형은, 이것이 스트립의 편평도를 개선할 수 있는 것에 더하여, 이의 연성의 감소에 대한 대가로 이의 저항성의 증가를 가능하게 한다. 이 연성의 감소는 감소 수준이 30%를 초과한다면 과도한 것이 된다.
일반적으로 얻어진 냉간 압연 플레이트는 0.2 mm 내지 수 mm 크기의 두께를 가진다.
바람직하게, 제조 방법은 특히 적당한 탄화물, 질화물 및/또는 탄화질화물을 형성하기 위해서 V, Ti, Nb, Mo, W 또는 Cr을 소정의 한도 내에서 첨가함으로써 마이크로-합금화를 실행하는 경우에, 지연된 크래킹의 위험을 감소시키기 위해서, 처리의 마지막에 존재하는 수소의 양을 최소화하는 것을 목표로 해야 한다. 이것이 WO-A-2008/007192로부터 공지되어 있는 것처럼, 이 목적을 위해서, 이의 최종적인 두께를 갖는 스트립 또는 성형된 제품에 대하여 250 내지 900℃로 15초 이상 동안 수행되는 어닐링으로 처리를 마치는 것이 가능하다. 감긴 스트립에 대하여 수행되는 배치-어닐링(batch-annealing)이 이 목적에 특히 적합하다.
플레이트는 또한 기존 방법을 준수하는 생산의 순간에, 예를 들어 수소를 제거하는 것을 목표로 하는 마지막 어닐링 전에, 아연도금(galvanization) 또는 전착(electrodeposition)에 의한, Zn 또는 Zn 합금의 코팅 공정을 겪을 수 있다.
본 발명에 의해서 요구되는 상이한 원소들의 함량은 이제 설명될 것이다.
C 함량은 0.6 내지 0.9%에 포함되며 Mn 함량은 17 내지 22%이다. 이 함량 쌍으로, 플레이트의 기계적 특성을 결정하는, 추구되는 안정한 오스테나이트계 미세구조를 얻는 것이 가능하다. 특히, 만약 C가 0.9%를 초과하지 않는다면, 탄화철의 과도한 형성이 방지되며, 만약 Mn이 17% 이상이라면, 플레이트 변형 능력을 저하시킬 마텐자이트 상의 형성이 방지되거나 강하게 제한된다. Mn에 대한 22%의 상한은 실온에서의 플레이트의 연성 및 재료의 비용과 관련된 이유로 설명된다.
Al 함량은 0.2 내지 0.9%, 바람직하게 0.4 내지 0.8%에 포함된다. Al은 탈산화(deoxidizing) 원소이며, Fe-C-Mn 스틸에 대한 이의 첨가는 보통 수 %에 이를 수 있는 매우 가변적인 비율이지만, 이는 또한, 이것이 도입부에 언급된 선행기술의 문헌에 개시된 것처럼, 천분의 수십 % 또는 심지어 그 미만으로 제한될 수 있다.
Mn이 질소의 Fe 내로의 용해도를 증가시키기 때문에 위험성이 높은, 질화물의 과도한 형성을 방지하기 위해서 이의 함량을 0.050%로 제한하는 것이 종종 처방되었다. 그러나 본 발명자는 이러한 문제점이, 응력 하에서의 부식에 대한 플레이트의 저항성의 개선에 의해서, 다른 데서 처방된 Cu 및 Si 함량과 결합하여, 제공된 이점으로 크게 상쇄될 수 있음에 주목하였다.
과도한 질화물을 형성하지 않기 위해서, 그리고 또한 금속의 고체화 동안의 가스 발달에 의한 기공(블로우 홀)의 형성을 방지하기 위해서, 질소 함량은 동시에 0.1%로 제한되어야 한다.
또한, Al은 스택 폴트 에너지(stack fault energy)의 증가에 유리하며, 이것은 변형 마텐자이트를 형성하는 위험을 감소시킨다.
0.9% 초과에서 그리고 다른 원소들의 함량을 고려하면, Al은 소금물에서 응력 하에서의 부식에 부정적인 영향을 미친다. 순수한 물에서의 부식에 대하여, Al에 대한 최적함량은 약 0.4%에 위치한다.
Si 함량은 0.2 내지 1.1%, 바람직하게 0.20 내지 0.6%에 포함된다. Si도 또한 스틸의 탈산화를 위해 사용되고(그렇지만, Mn 및 Al 함량이 항상 높은 본 케이스에서, 이의 역할은 이 관점에서 보면 작다), 그리고 또한 금속을 경화시키는데 사용된다. 0.2%의 최소 함량은 한편으로는 Si가 기계적 특징들에 대하여 이의 영향이 느껴지기 시작하도록 하기 위해 필요한 것이며, 다른 한편으로는 Mn의 첨가에 따라 금속 내에서 불가피하게 발견될 크기인데, 후자는 실리코-망간(silico-manganese)의 형태로 달성되며 이것이 일반적이다(이 재료는 이 목적을 위해 또한 사용될 수도 있는 페로망간 보다 덜 비싸고 더 이용하기 쉽다). 약 1%의 함량은 물에서 응력 하에서의 부식에 최적 저항성을 초래하지만, 염류 매질에서 매우 효과적이지는 않다. 0.2 내지 0.6%에 포함되는 함량이, 특히 자동차 분야에서, 사용 동안에 제품에 의해서 충족되어야만 할지도 모르는 상이한 요건들 사이의 최적 절충안이다. 1.1% 초과에서, 추구되는 기계적 특성에 불리할 마텐자이트를 형성할 위험이 있다.
더욱이, 경험은 응력 하에서의 부식에 추구되는 영향을 얻기 위해서, 합계 Al + Si가 0.85 내지 1.9%, 바람직하게 1.1 내지 1.6%에 포함되어야 한다는 것을 보여준다. 이 조건에 대한 설명은 찾아야 하는 것으로 남아있다.
Cu 함량은 1.2 내지 1.9%에 포함된다. 일반적으로, 석출 경화(precipitation hardening)를 달성하기 위해서, 이의 함량을 수 %까지 첨가하는 것이 가능하지만, 이는 열간 압연된 제품에 표면 결함의 발생을 촉진하는 위험이 있다. (특히 Si에 대하여) 적절한 Fe-C-Mn 스틸의 응력 하에서의 부식을 감소시키는데 Cu와 함께 시너지 효과를 나타내는 것으로 발견된, 상기 Al 및 Si 함량과 결합한, 1.2 내지 1.9%의 함량이, 상기 기술적 문제들을 해결하는데 최적 범위임이 발견되었다.
Cu의 존재는 또한 아무런 탄성 리턴없이, 충분히 낮은 탄성 한계를 유지하여 스틸에, 변형을 유지하는 큰 용량의 표시인, 낮은 Re/Rm 비를 제공하는 가능성을 부여한다. 매우 높은 Cu 함량에 의해서 보통 제공되는 석출 경화 효과는 여기서 추구되지 않는다.
스틸에 존재하거나 존재할 수 있는 다른 원소들에 대하여, 요건들은 이 종류의 스틸에 대한 보통의 요건들과 비슷하다.
S 함량은, 결정립계(grain boundaries)의 취화(embrittlement) 및 이에 따른 연성의 저하를 방지하기 위해서, 최대 0.030%로 제한된다.
P 함량은 동일한 이유로 0.080%로 제한된다.
N 함량은 0.1% 이하이다. 질화물의 상당한 그리고 조절되지 않은 형성은 추구되는 기계적 특성에 실제로 해롭다.
선택적인 원소들로서, 스틸은 또한 다음의 원소들을 함유할 수 있다.
이것은 Cr을 함유할 수 있으며, 이의 함량은 최대 2%, 바람직하게는 최대 1%로 제한된다. 이 원소는 수성 매질에서 부식에 대한 저항성을 증가시킬 수 있지만, 또한 스택 폴트 에너지 및 이에 따른 변형 하의 오스테나이트의 안정성을 감소시키는 경향이 있어, 스틸의 능력은 변형된다.
이것은 Ni를 함유할 수 있으며, 이의 함량은 최대 2%로 제한된다. 이것은 또한 수성 매질에서 부식에 대한 저항성을 증가시킨다. 이것은 또한 상당한 파단 신율을 얻는데 기여하며 인성을 증가시킨다. 그러나, 이의 첨가는 2%를 초과하면 불필요하게 비싼 것으로 드러났다.
이것은 Ti를 함유할 수 있으며, 이의 함량은 최대 0.5%로 제한된다. 이 원소는 이것이 초래하고 수소를 가두는(trap) 탄화질화물의 석출에 의한 경화 작용을 가지지만, 과도한 양에서, 이러한 탄화질화물은, 바람직하지 않게, 인성을 감소시킬 것이다. 바람직하게, Ti는 0.040 내지 0.5%의 함량으로 존재한다.
약간의 V가 Ti에 대한 것과 동일한 이유로, 0.5%까지, 바람직하게 0.05 내지 0.5%로 첨가될 수 있다.
약간의 Nb가 Ti에 대한 것과 동일한 이유로, 0.25%까지, 바람직하게 0.070 내지 0.25%로 첨가될 수 있다.
일반적으로, 질화물을 형성하는 원소들(Ti, V, Nb)의 과도한 양의 존재는 효과적인 수소 트랩으로 사용될 수 없을 것인 조잡한(coarse) 질화물의 형성을 초래할 것이며, 이것은 이와 같은 첨가의 이익을 추가로 감소시킬 것이다.
약간의 B가 0.010%까지, 바람직하게 0.0005 내지 0.010%로 첨가될 수 있다. 이 원소는 결정립계에서 분리되며 이들의 결합을 증가시킨다. 놀랍게도, 본 발명자는 이 범위 내의 B의 첨가가 탄성 한계 및 강도에 대하여 1 ppm 당 2.5 MPa의 크기의 감소를 초래한다는 것을 알아냈다. 이론에 구속되는 것을 의도하지 않고, 이것은 프레싱(pressing)에 의한 성형 이후의 잔여 응력의 감소, 및 이렇게 성형된 부품의 응력 하에서의 부식에 대한 저 나은 저항성을 초래하는 것으로 여겨진다.
존재하는 다른 원소들은 이 종류의 스틸에 대한 이들의 보통의 함량의, 철 및 생산으로부터 결과된 불순물이다.
표 1에 기재된 바와 같이, 응력 하에서의 부식 테스트를 본 발명을 따르거나 따르지 않는, 다양한 조성의 컵들에 대하여 수행하였다. 이전에 설명한 방법으로 위에 설명한 것 중 하나를 따르는 처리를 받고 1.2 내지 1.5 mm에 포함되는 두께를 갖는 냉간 압연되고 어닐링된 플레이트로부터, 1.67의 β 인자를 갖는 컵들을 만들었다. 소금물에서 트랙션(traction) 하의 부식에 대한 저항성을 결정하기 위해 만들어진 크리프 시편을 어닐링되지 않은 냉간 압연 스틸 플레이트로 샘플링하였다(sampled). 시편의 바디는 4mm의 폭 및 40mm의 유용한 길이를 가졌다. 기계적 및 부식 테스트의 결과를 표 2에 요약하였다.
Figure 112019082322898-pat00004
테스트된 샘플들의 조성
Figure 112019082322898-pat00005
부식 테스트 및 기계적 테스트의 결과
이러한 결과의 분석은 단지 Si, Al 및 Cu 함량에 제시된 모든 조건들을 준수함으로써, 특히 염류 미스트 및 소금물인 가장 가혹한 조건들 하에서, 응력 하에서의 부식에 추구되는 우수한 결과, 및 본 발명의 스틸이 특히 자동차 산업에서의 이들의 용도에 적합하게 하는 기계적 특성을 모두 달성한다는 것을 보여준다.
참조 샘플들 중에서, 샘플 10은 4일의 요구되는 최소값 미만의, 소금물에서의 부식에 대한 저항성을 가진다. 또한, 응력 하에서의 부식에 대한 전반적인 저항성을 특징짓는, 기준 Σ = A + 3xB + 4xC의 이의 값은, 170일 미만이다.
일반적으로, 이러한 테스트는 본 발명의 모든 목적들을 달성하기 위해서, 다음 4가지 조건들을 동시에 준수할 필요가 있다는 것을 실제로 보여주는데:
- 0.2% ≤ Al ≤ 0.9%;
- 0.2% ≤ Si ≤ 1.1%;
- 0.85% ≤ Al + Si ≤ 1.9%, 바람직하게 1.1% ≤ Al + Si ≤ 1.6%;
- 1.2% ≤ Cu ≤1.9%;
왜냐하면 한편으로는 Al 및 Si 사이의 그리고 다른 한편으로는 Al 및 Cu 사이의 응력 하에서의 부식에 대한 저항성에 대한 시너지 효과로부터 이익을 얻기 때문이다.

Claims (13)

  1. 조성이 중량 백분율로 다음과 같은 것을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트로서,
    - 0.6% ≤ C ≤ 0.9%;
    - 17% ≤ Mn ≤ 22%;
    - 0.2% ≤ Al ≤ 0.9%;
    - 0.2% ≤ Si ≤ 1.1%;
    - 여기서 0.85% ≤ Al + Si ≤ 1.6%;
    - 1.2% ≤ Cu ≤1.7%;
    - S ≤ 0.030%;
    - P ≤ 0.080%;
    - N ≤ 0.1%;
    선택적으로
    - Nb ≤ 0.25%;
    - V ≤ 0.5%;
    - Ti ≤ 0.5%;
    - Ni ≤ 2%;
    - 0% ≤ Cr ≤ 2%;
    - B ≤ 0.010%;
    잔량은 철 및 생산으로부터 결과된 불순물이고,
    상기 스틸 플레이트의 오스테나이트의 재결정이 적어도 75% 인, 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  2. 청구항 1에 있어서, 0.4% ≤ Al ≤ 0.8%임을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  3. 청구항 1에 있어서, 0.2% ≤ Si ≤ 0.6%임을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  4. 청구항 1에 있어서, 17% ≤ Mn ≤ 18%임을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 결정립(grain)의 평균 크기가 5 μm 이하인 것을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 석출된(precipitated) 탄화물의 표면 분율이 1.5% 이하인 것을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 전기-아연도금(electro-galvanization)으로 얻어진 Zn 또는 Zn 합금 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  8. 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스틸 플레이트를 제조하기 위한 방법:
    - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 조성을 갖는 스틸로 된 반제품을 생산하고(elaborated) 슬래브(slab)로 캐스팅하는 단계;
    - 상기 반제품을 그 다음에 1,100 내지 1,300℃의 온도에 있게 하는 단계;
    - 그 다음에 열간 압연 플레이트를 얻기 위해서 상기 반제품의 열간 압연을 달성하는 단계로, 압연 마지막에서의 상기 반제품의 온도가 890℃ 이상인 단계;
    - 그 다음에 압연의 마지막과 담금질의 시작 사이의 지연을 관찰하여 상기 지연 및 압연 마지막에서의 상기 온도에 의해서 정의되는 점이 도 1에 도시된 바와 같은, ABCD’E’F’A 다이어그램에 의해서 정의되는 영역 내에 위치하게 하면서, 40℃/s 이상의 속도로 상기 열간 압연 반제품의 급속 담금질을 수행하는 단계로, 금속이 상기 지연 동안에 개방된 공기에서 자연 냉각되게 하는 단계;
    - 상기 열간 압연 플레이트를 580℃ 이하의 온도에서 감는(wound) 단계.
  9. 청구항 8에 있어서, 냉간 압연 플레이트를 얻기 위해서 상기 감긴 열간 압연 플레이트를 풀고 하나 이상의 냉간 압연/어닐링 사이클을 이에 적용하는 것을 특징으로 하는 스틸 플레이트를 제조하기 위한 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 냉간 압연/어닐링 사이클(들) 이후에, 30% 이하의 감소율의 저온 변형을 상기 냉간 압연 플레이트에 적용하는 것을 특징으로 하는 스틸 플레이트를 제조하기 위한 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 저온 변형을 가공 경화 롤링(work hardening rolling), 교차 굴곡으로의 트랙션 하의 레벨링(leveling under traction with alternating flexure) 및 단순한 드로잉(simple drawing)으로부터 선택되는 방법으로 달성하는 것을 특징으로 하는 스틸 플레이트를 제조하기 위한 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스틸 플레이트는 자동차 산업에서 사용되는 것을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 스틸 플레이트는 응력 하에서 부식을 초래할 수 있는 조건 하에서 사용되는 것을 특징으로 하는 열간 압연 또는 냉간 압연 스틸 플레이트.
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