KR102135839B1 - 강판의 제조 방법 및 강판의 연속 어닐링 장치 - Google Patents
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Abstract
이들 강판의 제조 방법은, 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판의 제조 방법이며, 소정의 화학 조성을 갖는 강판을, 750℃ 내지 900℃의 온도 범위까지 가열하고, 상기 온도 범위에서 0 내지 300초 유지함으로써 연속 어닐링을 행하는 연속 어닐링 공정을 갖고, 상기 연속 어닐링 공정에서는, 상기 온도 범위까지 상기 가열을 행할 때 및 상기 온도 범위에서의 상기 유지를 행할 때, 로 내의 분위기 중의 수소 농도를, 10 체적％ 미만으로 하고 상기 강판의 온도가 700℃ 이하일 때의, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, -3.01 초과 -0.07 미만으로 하고 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의, 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -1.36 초과 -0.07 미만으로 하고 상기 강판의 온도가 800℃ 초과일 때의, 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -3.01 초과 -0.53 이하로 하며, 또한 노점을 -10℃ 미만으로 한다.
Description
본 발명은 강판의 제조 방법 및 강판의 연속 어닐링 장치에 관한 것으로, 특히, C를 0.050질량％ 이상, Si를 0.10질량％ 이상, Mn을 1.20질량％ 이상 함유하는 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강판의 제조 방법, 및 이들 강판의 제조 방법에 적합한 강판의 연속 어닐링 장치에 관한 것이다.
근년, 저연비화나 CO2 배출량 삭감을 목적으로 한 차체의 경량화 및 충돌 안전성 향상을 목적으로 하여, 자동차 분야에서는, 차체나 부품 등에 고강도 강판을 사용할 요구가 높아지고 있다. 최근에는, 인장 강도가 780MPa 이상, 혹은, 980MPa 이상인 고강도 강판도 사용되고 있다.
그러나, 강판을 고강도화하면, 일반적으로 성형성(가공성) 등의 재료 특성이 열화된다. 한편, 이러한 고강도 강판은, 연강판과 마찬가지로 프레스 가공에 의해 대량으로 또한 저렴하게 성형되어, 각종 부재로서 제공될 것이 요구된다. 이로 인해, 상술한 고강도 강판에는, 고강도와 함께, 높은 연성 및 양호한 가공성도 요구된다.
여기서, 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판에서, 높은 연성 및 양호한 가공성을 부여하기 위해서는, 일반적으로, Si나 Mn과 같은 합금 원소를 강에 첨가하는 것이 행해지고 있다.
그런데, Si나 Mn을 함유하는 강판에 대해, 최고 도달 온도 800 내지 900℃의 어닐링을 실시했을 때는, Si나 Mn이 강판의 표층에 석출·농화하고 산화되어, 표면에 Si 산화물이나 Si-Mn 산화물이 노출되어 버릴 우려가 있었다. 이와 같이 강판의 표면에 Si 산화물이나 Si-Mn 산화물이 노출된 경우에는, 도금 처리 시의 도금성 열화나, 도장 전의 화성 처리성의 저하와 같은 문제가 생긴다.
이와 같은 과제에 대해, 예를 들어 특허문헌 1에는, Si 함유량이 0.4 내지 2.0질량％인 고강도 강판에 대해, 열처리를 행할 때에 직화 환원로의 직화 환원 버너의 공기비를 0.6 이상 0.9 미만으로 한 환원 분위기에서 강판을 환원하여, Si 산화막을 얇게 제어한 후, 수소 환원을 실시하는 간접 가열로에서 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2의 대수 log(PH2O/PH2)를 -1.6 이상 -0.5 이하로 함으로써, Si 산화물이 강판 표면에 노출되는 것을 억제하여, 강판의 도금성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 직화 가열로와 간접 환원로를 갖는 연속 어닐링 라인에서, 환원로에서의 환원 전에, 직화 가열에 의해 강판을 산화시킨 후, 강판의 최고 도달 온도를 T(923K≤T≤1173K)로 한 경우에, 로 내의 분위기 중의 산소 분압의 대수 logPO2를, -0.000.074×T2+0.105×T-0.2×〔Si％〕2+2.1×〔Si％〕-98.8≤logPO2≤-0.000.078×T2+0.107×T-90.4의 범위로 환원함으로써, 성형성이 우수한 고강도 합금화 용융 아연 도금 강판을 제조하는 방법이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 냉연 강판을 연속 어닐링할 때에, 승온 시에 강판 온도가 550℃ 이상으로 공기비 0.95 이상의 직화 버너를 사용하여 강판을 가열하여 강판의 표면을 산화시키고, 그 후, 공기비 0.89 이하의 직화 버너를 사용하여 강판을 가열하여 강판 온도가 750℃ 이상이 될 때까지 승온한 후, 노점이 -25℃ 이하의 로에서 균열 어닐링함으로써, 화성 처리성의 향상을 도모한 기술이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 강판에 연속 어닐링을 실시할 때에, 가열 과정에 있어서, 가열로 내 온도가 600℃ 이상 A℃ 이하(650≤A≤780)의 경우에 분위기 중의 노점을 -40℃ 이하로 하고, 가열로 내 온도가 A℃ 초과 B℃ 이하(800≤B≤900)의 경우에 분위기 중의 노점을 -10℃ 이상으로 함으로써, 화성 처리성의 향상을 도모한 기술이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 5, 6에는, 강판에 예열 공정과 승온 공정과 재결정화 공정으로 이루어지는 연속 어닐링을 행할 때에 예열 공정에서, 연속 어닐링 분위기 중의 수소 분압에 대한 수증기 분압비(PH2O/PH2)가 예열 온도(Tp)의 관계로부터 하기 (1)식의 조건을 만족시키도록 제어하는 것, 승온 공정에서, 재결정화 온도(Tr)를 650℃ 내지 900℃로 하고, 어닐링 분위기 중의 수소 분압에 대한 수증기 분압비(PH2O/PH2)가 재결정화 온도(Tr)의 관계로부터 하기 (2)식의 조건을 만족시키고, 또한 승온 속도가 1 내지 20℃/초가 되도록 제어하는 것, 및 재결정화 공정에서, 어닐링 분위기의 수소 분압에 대한 수증기 분압비(PH2O/PH2)가 재결정화 온도(Tr)의 관계로부터 하기 (3)식의 조건을 만족시키고, 또한 유지 시간을 40 내지 600초로 하도록 제어함으로써, 화성 처리성의 향상을 도모한 기술이 제안되어 있다.
(1) 식: log(PH2O/PH2)≤-2.8×10- 6Tp2+6.8×10-3Tp-4.8
(2) 식: 5.3×10-8×Tr2+1.4×10-5×Tr-0.01≤ PH2O/PH2≤6.4×10-7×Tr2+1.7×10-4Tr-0.1
(3) 식: PH2O/PH2<5.3×10-8×Tr2+1.4×10-5×Tr-0.01
또한, 특허문헌 7에는, Si, Mn 및 Al을 특정한 비율로 함유하는 강판을, 환원로 중의 분위기 가스의 수소 분압 및 수증기 분압의 대수비가 -1.39≤log(PH2O/PH2)≤-0.695를 만족시키도록 제어하는 용융 아연 도금 강판의 제조 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상술한 특허문헌 1 내지 7에 기재된 기술에는 이하의 과제가 있다.
즉, 특허문헌 1 내지 3은, 직화 가열부를 갖고, 직화 버너의 공기비를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 최근에는, 강판에 대해 어닐링을 실시하는 연속 어닐링 장치로는, 직화 가열부를 갖지 않고 모두 간접 가열로에 의해 구성된 것이 주류를 이루고 있다. 이러한 직화 가열부를 갖지 않는 연속 어닐링 로에 있어서는, 특허문헌 1 내지 3에 기재된 바와 같이, 직화 버너의 공기비를 제어하는 방법은 적용할 수 없다. 또한, 특허문헌 1 내지 3과 같이, 환원 전에 직화 버너로 강판을 산화시키는 방법에서는, 버너 설비의 고온 열화나 연소 가스의 발열량 변동 등에 기인하여 소정의 공기비를 확보할 수 없게 되고, 결과적으로 두껍게 생성된 산화막에 의해, 로 내의 허스 롤에 빌드 업(융기)이 형성되는 것을 전부 방지할 수 없다. 직화 가열로에서 생성한 산화막은, 강판이 로 내 롤에 권취하고 있는 동안에 강판으로부터 박리하여 롤 표면에 부착함으로써, 강판에 눌림 흔적을 발생시키므로, 바람직하지 않다.
또한, 특허문헌 4에 기재된 조건에서 로 내의 분위기를 제어한 경우에는, Si의 산화물이 표면에 노출되는 것은 억제할 수 있지만, 노점을 -10℃ 이상으로 할 필요가 있으므로, 강판의 탈탄이 진행되어, 강판의 인장 강도나 피로 강도가 저하되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 특히, C를 많이 함유하는 고강도 강판에서는, 탈탄에 의한 강도 저하는 큰 문제가 된다.
또한, 특허문헌 5 및 6에 기재된 조건에 대해, 가스 중의 수분량의 외적 변동이나 생산 설비의 열화에 의해, 식 (1), 식 (3)의 PH2O/PH2값이나 노점 등의 적정 조건을 담보하기 어렵다는 문제도 있다.
또한, 특허문헌 7에서는, 횡형 환원로를 사용하여 용융 아연 도금 강판을 제조할 때에, 로 내의 분위기 가스 중의 수소 농도를 10％ 이상으로 하는 것이 시사되고 있다. 그러나, 분위기 가스 중의 수소 농도를 10％ 이상으로 하기 위해서는, 특별한 설비를 필요로 하기 때문에, 적용에는 큰 설비 투자가 필요해진다.
본 발명은 상술한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 직화 가열부를 갖지 않는 연속 어닐링 로에 있어서 어닐링 시의 분위기를 제어함으로써, Si를 강판의 내부에서 산화시키고 강판의 표면에 Si 산화물이 노출되는 것을 억제하며, 또한, 강판으로부터의 탈탄의 진행을 억제 가능한 고강도 강판의 제조 방법, 및 이 고강도 강판의 제조 방법에 적합한 강판의 연속 어닐링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 있어서, 고강도란 인장 강도가 780MPa 이상인 것을 나타낸다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들이 예의 연구한 결과, 이하와 같은 지견을 얻었다.
(a) 어닐링의 가열 시에 있어서, 강판 온도가 700℃ 내지 750℃의 범위로, Si의 내부 산화 및 탈탄이 개시된다.
(b) 700℃ 내지 800℃, 특히, 700℃ 내지 750℃의 범위에서, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)를 적정 범위로 조정함으로써, Si를 내부 산화시킴과 함께 탈탄을 억제할 수 있다.
(c) 또한, 700℃ 이하 혹은, 800℃ 초과에서 강판을 가열하는 범위에서도, log(PH2O/PH2)를 적정 범위로 조정함으로써, 강판의 표면의 산 산화를 방지하는 것 또는 내부 산화를 촉진하며, 또한, 탈탄을 억제하는 것이 가능하다.
(d) 800℃ 초과에서 강판을 가열할 때의, 로 내 분위기의 노점을 -10℃ 미만으로 함으로써, 탈탄을 억제하고, 강도의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 지견에 기초하여 이루어졌다. 그 요지를 이하에 나타낸다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 강판의 제조 방법은, 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판의 제조 방법이며, 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.050 내지 0.40％, Si: 0.10 내지 2.50％, Mn: 1.20 내지 3.50％, Cr: 0 내지 0.80％, Ni: 0 내지 5.00％, Cu: 0 내지 3.00％, Nb: 0 내지 0.10％, Mg: 0 내지 0.010％, Ti: 0 내지 0.10％, B: 0 내지 0.010％, Mo: 0 내지 0.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 불순물로서, P: 0.100％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 1.200％ 이하, N: 0.0100％ 이하로 제한한 강판을, 750℃ 내지 900℃의 온도 범위까지 가열하고, 상기 온도 범위에서 0 내지 300초 유지함으로써 연속 어닐링을 행하는 연속 어닐링 공정을 갖고, 상기 연속 어닐링 공정에서는, 상기 온도 범위까지 상기 가열을 행할 때 및 상기 온도 범위에서의 상기 유지를 행할 때, 로 내의 분위기 중의 수소 농도를, 10 체적％ 미만으로 하고 상기 강판의 온도가 700℃ 이하인 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식인 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, 하기 식 (i)의 범위로 하고, 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (ⅱ)의 범위로 하고, 상기 강판의 온도가 800℃ 초과일 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (ⅲ)의 범위로 하며, 또한 노점을 -10℃ 미만으로 한다.
-3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07(i)
-1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07(ⅱ)
-3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53(ⅲ)
(2) 상기 (1)에 기재된 강판의 제조 방법은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Cr: 0.01 내지 0.80％, Ni: 0.01 내지 5.00％, Cu: 0.01 내지 3.00％, Nb: 0.001 내지 0.10％, Mg: 0.0001 내지 0.010％, Ti: 0.001 내지 0.10％, B: 0.0001 내지 0.010％, Mo: 0.01 내지 0.5％에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강판의 제조 방법은, 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (vii)의 범위로 해도 된다.
-1.00<log(PH2O/PH2)<-0.67(vii)
(4) 본 발명의 다른 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치는, 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.050 내지 0.40％, Si: 0.10 내지 2.50％, Mn: 1.20 내지 3.50％, Cr: 0 내지 0.80％, Ni: 0 내지 5.00％, Cu: 0 내지 3.00％, Nb: 0 내지 0.10％, Mg: 0 내지 0.010％, Ti: 0 내지 0.10％, B: 0 내지 0.010％, Mo: 0 내지 0.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 불순물로서, P: 0.100％ 이하, S: 0.010％ 이하 Al: 1.200％ 이하, N: 0.0100％ 이하로 제한한 강판에 연속 어닐링을 실시하는 강판의 연속 어닐링 장치이며, 로 내의 분위기 중의 수소 농도를, 10 체적％ 미만으로 하고 상기 강판의 온도가 700℃ 이하인 경우에, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식인 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (ⅳ)의 범위로 조정하고, 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하의 경우에, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (v)의 범위로 조정하고, 상기 강판의 온도가 800℃ 초과인 경우에, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (vi)의 범위 또한 노점을 -10℃ 미만으로 조정하는 로 내 분위기 조정 수단을 구비한다.
-3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07(ⅳ)
-1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07(V)
-3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53(vi)
상술한 구성으로 이루어진, 본 발명의 상기 형태에 관한 강판의 제조 방법에 의하면, 분위기 중의 수소 농도를 10 체적％ 미만으로 한 로 내에서, Si의 내부 산화 및 탈탄이 개시되는 700℃ 초과 800℃ 이하의 온도 범위에서, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -0.07 미만으로 하고 있으므로, 탈탄의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 상술한 강판의 온도 범위에서, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -1.36 초과로 하고 있으므로, Si를 강판의 내부에서 산화시킬 수 있어, 강판 표면에 Si 산화물이 노출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 700℃ 이하의 온도 범위에 대해서는, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, -3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07의 범위 내에, 800℃ 초과에서 강판을 가열하는 범위에서는, -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53의 범위 내로 함과 함께 노점을 -10℃ 미만으로 함으로써 강판의 표면 산화의 방지나 내부 산화의 촉진을 가능하게 한다. 또한, Si의 내부 산화를 발생시키고, 또한, 탈탄의 진행을 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명의 상기 형태에 관한 강판의 제조 방법에 의하면, 신장이나 가공성 등의 특성을 종래보다도 열화시키지 않고, 780MPa 이상의 인장 강도가 확보되어 피로 강도, 도금성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 강판을 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 구성의 강판 연속 어닐링 장치에 의하면, 가열 시의 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하의 온도 범위에서, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, -1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07의 범위 내로 하는 로 내 분위기 조정 수단을 구비하고 있으므로, Si의 내부 산화에 의해 Si 산화물이 강판의 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 탈탄을 억제할 수 있다. 따라서, 상술한 구성의 강판 연속 어닐링 장치를 이용함으로써 인장 강도가 780MPa 이상이고, 또한 도금성, 화성 처리성이 우수한 고강도 강판을 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 700℃ 이하의 온도 범위에 대해서는, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, -3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07의 범위 내에, 800℃ 초과에서 강판을 가열하는 범위에서는, -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53의 범위 내로 함으로써 표면 산화의 방지, 내부 산화의 촉진, 탈탄의 억제를 가능하게 한다.
즉, 본 발명의 상기 양태에 의하면, 어닐링 시의 분위기를 제어함으로써, Si를 강판의 내부에서 산화시켜 강판의 표면에 Si 산화물이 노출되는 것을 억제하며, 또한, 강판으로부터의 탈탄의 진행을 억제 가능한 고강도 강판의 제조 방법 및 이 고강도 강판의 제조 방법에 적합한 강판의 연속 어닐링 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이들 제조 방법 및 연속 어닐링 장치에 의해 얻어진 강판은, 고강도이며, 도금성 및 화성 처리성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에 사용되는, 강판의 연속 어닐링 장치를 나타내는 개략 설명도이다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법(본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법이라는 경우가 있음), 및 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치(본 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치라고 하는 경우가 있음)에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 자동차 용도 등에 사용되는, 인장 강도가 780MPa 이상, 바람직하게는 980MPa 이상의 고강도 강판의 제조를 대상으로 하고 있다.
본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법은, 질량％로, C: 0.050 내지 0.40％, Si: 0.10 내지 2.50％, Mn: 1.20 내지 3.50％, Cr: 0 내지 0.80％, Ni: 0 내지 5.00％, Cu: 0 내지 3.00％, Nb: 0 내지 0.10％, Mg: 0 내지 0.010％, Ti: 0 내지 0.10％, B: 0 내지 0.010％, Mo: 0 내지 0.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강판에 연속 어닐링을 행하는 연속 어닐링 공정을 갖는다.
여기서, 연속 어닐링 공정 이외의 공정에 대해서는, 특별히 한정되지 않고 원하는 강판 특성에 따라 공지된 방법으로 행하면 된다. 예를 들어, 일반적으로 필요에 따라 행하여지는 상기 이외의 공정으로서, 강을 주조하여 주편을 얻는 주조 공정, 상기 주편을 열간 압연하여 강판을 얻는 열간 압연 공정, 상기 강판을 냉간 압연하는 냉간 압연 공정, 산세 공정, 조질 압연 공정 등을 공지된 방법으로 행해도 된다. 그러나, 연속 어닐링 공정에 대해서는, 후술하는 조건에서 행할 필요가 있다.
우선, 본 실시 형태에 있어서 제조의 대상으로 하는 강판(고강도 강판)의 화학 조성을 한정한 이유에 대해 설명한다.
C: 0.050질량％ 이상, 0.40질량％ 이하
C는, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트 등의 경질 조직을 형성하고, 강판의 강도를 향상시키기 위하여 필수적인 원소이다. 그래서, 연속 어닐링 공정을 거친 강판의 인장 강도를 780MPa 이상으로 하기 위하여, C 함유량을 0.050질량％ 이상으로 한다. 강도를 충분히 높이기 위하여, C 함유량은 0.075질량％ 이상이 바람직하다. 한편, 과도하게 C 함유량을 높이면 강판의 용접성이 열화되므로, C 함유량은 0.40질량％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.30질량％ 이하이다.
Si: 0.10질량％ 이상, 2.50질량％ 이하
Si는, 강판의 신장을 확보하고, 가공성을 크게 저해하지 않고 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는 원소이다. 그래서, 가공성과 강도를 충분히 확보하기 위하여, Si 함유량을 0.10질량％ 이상으로 한다. 가공성과 강도를 더욱 향상시키기 위하여, Si 함유량을 0.45질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 과도하게 Si 함유량을 높이면 인성이 저하되어, 오히려 가공성이 열화된다. 그 때문에, Si 함유량을 2.50질량％ 이하로 한다. 바람직하게는 2.30질량％ 이하이다.
Mn: 1.20질량％ 이상, 3.50질량％ 이하
Mn은, Si와 동등한 작용 효과를 갖는 원소이다. 그래서, 가공성과 강도를 충분히 확보하기 위하여, Mn 함유량을 1.20질량％ 이상으로 한다. 가공성과 강도를 더 향상시키기 위하여, Mn 함유량을 1.50질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 과도하게 Mn 함유량을 높이면 용접성이 열화된다. 그 때문에, Mn 함유량을 3.50질량％ 이하로 한다. 바람직하게는 3.30질량％ 이하이다.
본 실시 형태에서 대상으로 하는 고강도 강판은, 상기의 화학 성분을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것을 기본으로 한다. 그러나, 요구 특성을 만족시키기 위해 필수는 아니지만, 더 한층의 고강도화 또는 성형성의 더 한층의 향상을 목적으로 하여, Cr, Ni, Cu, Nb, Mg, Ti, B, Mo를 후술하는 범위에서 함유시켜도 된다. 또한, Cr, Ni, Cu, Nb, Mg, Ti, B, Mo의 함유량이, 하기에 나타낸 함유량의 하한 미만이어도, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는다. Cr, Ni, Cu, Nb, Mg, Ti, B, Mo는 모두 요구 특성을 만족시키기 위해 필수는 아니므로, 그의 함유량의 하한은 0％이다.
불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 그 외의 요인에 의해 혼입되는 성분을 의미한다. 상기 불순물은 적은 쪽이 바람직하지만, 불순물 중 P, S, Al, N에 대해서는, 특히, P: 0.100질량％ 이하, S: 0.010질량％ 이하, Al: 1.200질량％ 이하, N: 0.0100질량％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr: 0.01질량％ 이상, 0.80질량％ 이하
Cr은, 고온에서의 상변태를 억제하고, 강판을 고강도화하는 효과를 갖는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Cr 함유량을 0.01질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 함유량이 0.80질량％를 초과하면, 열간에서의 가공성이 손상되어 생산성이 저하된다. 그 때문에, 함유시킬 경우에도, Cr 함유량을 0.80질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.40질량％ 이하이다.
Ni: 0.01질량％ 이상, 5.00질량％ 이하
Ni는, 고온에서의 상변태를 억제하고, 강판을 고강도화하는 효과를 갖는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Ni 함유량을 0.01질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ni 함유량이 5.00질량％를 초과하면, 용접성이 손상된다. 그 때문에, 함유시킬 경우에도, Ni 함유량을 5.00질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 2.00질량％ 이하이다.
Cu: 0.01질량％ 이상, 3.00질량％ 이하
Cu는, 미세한 입자로서 강 중에 존재함으로써 강판의 강도를 높이는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Cu 함유량을 0.01질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cu 함유량이 5.00질량％를 초과하면, 용접성이 손상된다. 그 때문에, 함유시킬 경우에도, Cu 함유량을 3.00질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 2.00질량％ 이하이다.
Nb: 0.001질량％ 이상, 0.10질량％ 이하
Nb는, 석출 강화, 페라이트 결정립의 성장 억제에 의한 미립 강화 및 재결정의 억제를 통한 전위 강화에 의해, 강판의 강도 상승에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Nb 함유량을 0.001질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 0.10질량％를 초과하면, 탄질화물의 석출량이 많아져서 성형성이 열화된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, Nb 함유량을 0.10질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.05질량％ 이하이다.
Mg: 0.0001질량％ 이상, 0.010질량％ 이하
Mg는, 성형성의 개선에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Mg 함유량을 0.0001질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mg 함유량이 0.010질량％를 초과하면, 오히려 연성이 손상될 우려가 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, Mg 함유량을 0.010질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.005질량％ 이하이다.
Ti: 0.001질량％ 이상, 0.10질량％ 이하
Ti는, 석출 강화, 페라이트 결정립의 성장 억제에 의한 미립 강화 및 재결정의 억제를 통한 전위 강화에 의해, 강판의 강도 상승에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Ti 함유량을 0.001질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ti 함유량이 0.10질량％를 초과하면, 탄질화물의 석출량이 많아져 성형성이 열화된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, Ti 함유량을 0.10질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.05질량％ 이하이다.
B: 0.0001질량％ 이상, 0.010질량％ 이하
B는, 고온에서의 상변태를 억제하고, 강판의 고강도화에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, B 함유량을 0.0001질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B 함유량이 0.010질량％를 초과하면, 열간에서의 가공성이 손상되어 생산성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, B 함유량을 0.010질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.005질량％ 이하이다.
Mo: 0.01질량％ 이상, 0.5질량％ 이하
Mo는, 고온에서의 상변태를 억제하고, 강판의 고강도화에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Mo 함유량을 0.01질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mo 함유량이 0.5질량％를 초과하면, 열간에서의 가공성이 손상되어 생산성이 저하된다. 그 때문에, 함유시킬 경우에도, Mo 함유량을 0.5질량％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.25질량％ 이하이다.
다음에 연속 어닐링 공정에 대해 설명한다.
연속 어닐링 공정에 있어서는, 도 1과 같이 강판의 연속 어닐링 장치(10)에 장입된 강판(1)을 예를 들어 750 내지 900℃로 가열하고, 그 온도 영역에서 0 내지 300초 유지하고, 그 후 냉각한다.
이때, 로 내의 분위기를 제어하지 않으면 강판(1) 중의 Si, Mn이 강판(1)의 표층에 석출·농화하여, Si 산화물이나 Si-Mn 산화물로서 강판(1)의 표면에 노출되는 경우가 있다. 또한, 어닐링에 의해, 탈탄이 발생하여 강판(1)의 강도가 저하하는 경우가 있다. 0초 유지란 승온하여, 750 내지 900℃의 소정의 온도가 된 시점에서, 즉시 냉각을 행하는 것을 의미한다.
본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에 있어서의 연속 어닐링 공정에서는, 후술하는 바와 같이 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식인 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 제어함으로써, 강판(1)의 표면에의 산화물의 형성을 억제할 수 있다. 상기의 제어를 행하는 경우, 후술하는 본 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치를 이용하는 것이 바람직하다.
<강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값>
본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에 있어서의 연속 어닐링 공정에서는, 강판(1)의 온도가 Si의 내부 산화 및 탈탄이 개시되는 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의, 연속 어닐링 장치(10)의 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식인 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -1.36 초과, -0.07 미만으로 한다. log(PH2O/PH2)를 상기의 범위로 함으로써, Si를 강판(1)의 내부에서 산화시킬 수 있어, 강판(1)의 표면에 Si 산화물이 노출되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 탈탄의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 인장 강도, 피로 강도가 확보되고, 또한 도금성, 화성 처리성이 우수한 고강도 강판을 제조하는 것이 가능해진다. 여기서, log는, 상용 대수이다.
상술한 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -1.36 이하인 경우에는, Si의 내부 산화가 충분히 발생하지 않아, Si 산화물이 강판(1)의 표면에 노출되어, 도금성, 화성 처리성이 열화된다. 한편, 상술한 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -0.07 이상으로 되는 경우에는, 탈탄이 진행되어, 강판(1)의 강도가 저하될 우려가 있다.
Si 산화물의 표면에 대한 노출을 보다 억제함과 함께 강판으로부터의 탈탄을 보다 적게 하기 위해서는, 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하의 온도 범위에서, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -1.00≤log(PH2O/PH2)≤-0.67의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 700℃ 초과 800℃ 이하의 강판 온도 범위에서 log(PH2O/PH2)를 규정하고 있는 것은, 내부 산화 생성 온도 영역인 700℃ 내지 750℃의 범위에서만 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07로 한 경우에는, 내부 산화가 불균일하고 또한 불충분한 케이스가 있기 때문이다. 상기 PH2O/PH2에서 800℃ 이하의 영역까지 가열함으로써, 내부 산화를 충분히 생성시키며, 또한 탈탄도 억제하는 것이 가능해진다.
<강판의 온도가 800℃ 초과일 때의, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값>
본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에 있어서, 강판의 온도가 800℃ 초과인 경우(가열시 및 유지시를 포함함), log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53의 범위 내로 되도록 제어한다. log(PH2O/PH2)를 상기의 범위로 함으로써 내부 산화를 충분히 만족시키고, 또한, 탈탄의 억제가 가능해진다.
800℃ 초과의 온도 영역에서, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -0.53 초과로 되는 경우에는, 탈탄이 진행되고, 강판(1)의 강도가 저하될 우려가 있다. 탈탄을 보다 적게 하기 위해서는, 800℃ 초과의 온도 범위에서의 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -0.67 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 탈탄을 보다 적게 하기 위해서는, 800℃ 초과의 온도 영역에 있어서의, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, 700℃ 초과 800℃ 이하의 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값보다도 낮게 하는 것도 바람직하다.
한편, 강판의 온도가 700℃ 이하인 경우 및 800℃ 초과인 경우의, 각log(PH2O/PH2)의 하한값에 대해서는, 700 내지 800℃의 범위 외에서, 실제 제조 상에서 달성 가능한 값으로써, -3.01로 한다.
강판의 어닐링 온도를 800℃ 이하로 하는 경우에는, 800℃ 초과의 log(PH2O/PH2)를 고려할 필요는 없다.
<강판의 온도가 700℃ 이하일 때의, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값>
강판의 온도가 700℃ 이하인 경우, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -3.01 초과, -0.07 미만, 즉, -3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07로 되도록 제어한다.
700℃ 이하의 온도 영역에서도, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -0.07 이상으로 되는 경우에는, 강판(1)의 표면이 산화되어, 후의 700℃ 초과 800℃ 이하에서, 내부 산화를 촉진할 수 없게 된다. 그 때문에, log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -0.07 미만으로 한다. 바람직하게는 -0.67 미만이다.
한편, 강판의 온도가 700℃ 이하인 경우 및 800℃ 초과인 경우의, 각 log(PH2O/PH2)의 하한값에 대해서는, 700 내지 800℃의 범위 외에서, 실제 제조 상에서 달성 가능한 값으로써, -3.01 초과로 한다.
각 온도 범위에서의 log(PH2O/PH2)를 제어하는 방법은 한정되지 않지만, 본 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치(10)을 사용하는 경우에는, 소정의 H2 가스를 포함하는 분위기로 설정한 로 내에, 분위기 가스 도입부(15)에 의해, 수증기나 가습 가스를 도입함으로써, 제어할 수 있다. 또한, 각 온도 영역에서의 log(PH2O/PH2)를 보다 미세하게 제어하는 경우에는, 각 가열대 및 균열대에 각각 분위기 가스 도입부를 설치해도 된다. 그 경우, 각각의 분위기 가스 도입부로부터는, 다른 조성의 분위기 가스나 수증기를 도입해도 된다.
여기서, Si의 내부 산화란, 강판(1) 내에 확산된 산소와 Si가 반응함으로써 Si 산화물을 석출하는 현상이다. 이 내부 산화는, 강판(1)의 표면으로부터 깊이 0.1 내지 20㎛정도의 위치에서 발생한다.
본 실시 형태에서는, 강판의 표층부의 페라이트에 있어서, 최대 길이가 25㎚ 이상인 Si 산화물이 1.0×1012개/㎡ 이상 존재하는 영역을 Si의 내부 산화층이라 정의하고, 내부 산화층 깊이가 0.1㎛ 이상이면, 내부 산화가 충분하다고 판단할 수 있다. Si의 내부 산화층 깊이 위치는, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 관찰면을 연마, 나이탈 에칭하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscope)에 의해, 배율 5000배 이상으로, 강판의 두께 방향으로 1.0㎛, 압연 방향으로 20㎛의 직사각형의 영역을, 3개소 이상 설정한다. 각각에 있어서, 영역 내의 Si 산화물의 개수를 카운트하고, Si 산화물이 10개 이상 존재한 경우에, 그 영역을 Si의 내부 산화층으로 하고 Si 산화물이 10개 이상 존재한 영역의 최대 깊이의 평균값을 Si의 내부 산화층 깊이 위치로 함으로써 얻어진다.
이 Si의 내부 산화는, 산소의 강판(1) 내부에 대한 확산 속도가 Si의 강판(1) 표면에 대한 확산 속도보다도 빠른 경우에 발생하는 것이며, 분위기의 산소 농도가 높고, 강판(1) 중의 Si의 함유량이 적은 경우에 일어나기 쉬워진다. 이로 인해, 강판(1)의 Si 함유량에 따라, 상술한 온도 범위에서의 로 내의 분위기 가스의 log(PH2O/PH2) 및 노점을 조정하는 것이 바람직하다.
상기에서는, Si 산화물에 대해 설명했지만, Mn도 어닐링 시에 있어서 Si와 함께 표층에 석출·농화되기 쉬운 원소이며, Si-Mn 산화물로서 강판 표면에 노출됨으로써, 도금성, 화성 처리성을 열화시켜 버릴 우려가 있는 원소이다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에 의하면, 어닐링의 가열 시의 로 내 분위기를 제어함으로써, Si 산화물뿐만 아니라, Si-Mn 산화물이 강판의 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있어, 도금성, 화성 처리성이 우수한 고강도 강판을 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 탈탄층 두께가 70㎛ 이하이면 탈탄의 진행을 억제할 수 있다고 판단할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 강판의 판 두께의 1/4 두께에 있어서의 경질 조직의 면적 분율(S1)과, 강판의 표층부에 있어서의 경질 조직의 면적 분율(S2)을 비교하여, S2/S1이 0.40 이하로 되는 최대 깊이 위치를 탈탄층의 두께로 했다. 경질 조직이란, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트 중 하나 이상을 포함하는 조직이다. 면적률은, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 관찰면을 연마, 나이탈 에칭하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)에 의해, 배율 500 내지 3000배의 3개소 이상의 영역을 관찰하여 구해진다. 즉, 각 관찰 영역에서, 강판의 판면에 50㎛ 이상의 평행인 선을 긋고, 선이 경질 조직과 겹치는 총 길이(L)를 구하고, 선의 길이(L0)의 비 L/L0을 구하고, 이들의 평균값을, 당해 깊이 위치에서의 경질 조직의 면적 분율(S2)로 하면 된다.
각 온도 범위에서의 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값은, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
먼저, 공지된 측정 장치를 이용하여, 로 내의 700℃ 이하로 되어 있는 위치, 700℃ 초과 800℃ 이하로 되어 있는 위치, 800℃ 초과로 되어 있는 위치의 각각에서, 노체의 상단, 중단, 하단의 최저 1개소씩을 포함하는 합계 5개소에 있어서, 노점 및 수소 농도를 측정한다. 그리고, 평균한 값을, 당해 온도 영역에서의 노점 및 수소 농도라 한다. 그리고, 측정된 노점에 기초하여, Tetens식을 이용하여, 당해 온도 영역의 수증기압(PH2O)을 구한다.
또한, 로 내에서의 강판의 온도는, 로 내의 온도와 동등하다. 즉, 예를 들어 로 내의 700℃ 초과 800℃ 이하로 되어 있는 위치에서는 강판의 온도도 700℃ 초과 800℃ 이하로 된다.
본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에 의하면 도금성 및 화성 처리성이 우수한, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강판을 제조할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치(10)에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치(10)는, 상술한 본 실시 형태에 관한 연속 어닐링 공정을 실시하는 데 적합하다.
도 1에 나타내는 강판의 연속 어닐링 장치(10)는, 강판(1)을 주행시키면서 어닐링하는 장치이며, 강판(1)은, 도 1의 좌측 하방으로부터 강판의 연속 어닐링 장치(10)에 장입된다. 강판의 연속 어닐링 장치(10)는, 강판(1)의 주행 방향 상류측에 위치하는 700℃ 이하까지 강판을 가열하는 제1 가열대(11), 이 제1 가열대(11)의 하류측에 위치하는 700℃ 초과 800℃ 이하까지 강판을 가열하는 제2 가열대(12), 제2 가열대(12)의 하류측에 위치하는 800℃ 초과의 온도 영역에 강판을 가열하는 제3 가열대(13), 및 제3 가열대(13)의 후단측에 위치하는 균열대(14)를 구비하고 있다. 이 연속 어닐링 장치(10)에서는, 제1 가열대(11), 제2 가열대(12), 제3 가열대(13), 및 균열대(14)는 모두 간접 가열 방식의 분위기이다. 로 내는, 소정의 수소 농도를 갖는 분위기로 제어되고 있다.
그리고, 본 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치(10)의 제2 가열대(12)에는, 강판(1)의 주행 방향 상류측을 향해서, 수증기 또는 가습 가스를 로 내에 공급하는 분위기 가스 도입부(15)(로의 내부 분위기 조정 수단)가 설치되어 있다.
이 분위기 가스 도입부(15)로부터의 수증기 등의 공급에 의해, 강판(1)의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하로 강판을 가열할 때, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07의 범위 내로 제어할 수 있다.
또한, 분위기 가스 도입부(15)로부터의 수증기 등의 공급에 의해, 제1 가열대(11)에서는 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07, 제3 가열대(13)의 800℃ 초과의 범위에서는, -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53, 균열대(14)에서는, 그 온도가 800℃ 이하인 경우에는, -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.07, 800℃ 초과의 경우에는, -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53의 범위 내로 제어할 수 있다. 제1 가열대(11), 제3 가열대(13) 또는 균열대(14)의 log(PH2O/PH2)를 보다 고정밀도로 제어하기 위하여, 제1 가열대(11), 제3 가열대(13) 또는 균열대(14)에 분위기 가스 도입부를 더 설치해도 상관없다
또한, 분위기 가스 도입부로부터의 수증기 등의 공급에 의해, 강판의 온도가 800℃ 초과일 때의, 로 내의 분위기의 노점이나 로 내의 분위기 중의 수소 농도도 제어할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 강판의 연속 어닐링 장치(10)를 사용하여 연속 어닐링을 행하면, 소정의 강도를 구비하고, 도금성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 강판을 제조할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법 및 강판의 연속 어닐링 장치에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
예를 들어, 강판의 조성은, 본 실시 형태에 예시된 것에 한정되지 않고, 그 외의 원소를 요구 특성에 따라 함유시킨 것이어도 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법에서는, 도 1에 나타내는 연속 어닐링 장치에 의해 연속 어닐링 공정을 실시하는 것이 바람직한 것으로 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 가열 시의 강판(1)의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하가 되도록 강판을 가열하는 범위에 있어서, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, -1.36≤log(PH2O/PH2)≤-0.07, 강판(1)의 온도가 700℃ 이하로 되도록 강판을 가열하는 범위에서, -3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07, 800℃ 초과에서 강판을 가열하는 범위에서는, -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53, 최고 가열 온도에 의한 보열대에서는, 상기 가열 시의 온도에서의 제어에 준한 범위 내에 log(PH2O/PH2)를 제어할 수 있는 로 내 분위기 조정 수단을 구비한 다른 연속 어닐링 로를 사용해도 된다.
실시예
본 발명의 효과를 확인하기 위해 실시한 실험 결과에 대해 설명한다.
상술한 실시 형태에서 설명한 강판의 연속 어닐링 장치를 이용하여, 공지된 방법으로 제조한, 판 두께 1.2㎜의 냉연 강판에 대해, 연속 어닐링을 실시했다. 어닐링에 제공한 강판의 조성은, 표 1에 나타내는 바와 같았다.
연속 어닐링 공정에서는, 강판의 연속 어닐링 장치에 의해, 표 2 내지 8에 나타내는 조건(유지판 온도, 유지 시간)에서 연속 어닐링을 실시했다. 최고 가열 온도의 상한은 실제 제조 상에서 달성 가능한 값으로써 900℃로 했다. 또한, 가열, 유지 시에서의 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 표 2 내지 8에 나타내는 조건으로 했다. 로 내의 분위기 중의 수소 농도는, 1.0 내지 5.0％이며, 강판 온도가 800℃ 초과일 때의 노점은 모두 -10℃ 미만이었다.
상술한 바와 같이 하여 어닐링한 강판에 관해서, Si의 내부 산화층 깊이 및 탈탄층 두께를 평가했다.
(Si의 내부 산화층 깊이 위치)
강판의 표층부의 페라이트에 있어서, 최대 길이가 25㎚ 이상인 Si 산화물이 1.0×1012개/㎡ 이상 존재하는 영역을 Si의 내부 산화층이라고 정의했다.
구체적으로는, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 관찰면을 연마, 나이탈 에칭하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscope)에 의해, 배율 5000배 이상으로 관찰했다. 강판의 두께 방향으로 1.0㎛, 압연 방향으로 20㎛의 직사각형의 영역을, 3개소 임의로 설정했다. 그 3개소 각각에 있어서, 영역 내의 Si 산화물의 개수를 카운트하고, Si 산화물이 10개 이상 존재한 경우에, 그 영역을 Si의 내부 산화층이라 하고, Si 산화물이 10개 이상 존재한 영역의 최대 깊이의 3개소의 평균값을 Si의 내부 산화층 깊이 위치라 했다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 내부 산화층 깊이가 0.1㎛ 이상이면, 내부 산화가 충분하다고 판단했다.
(탈탄층 두께)
강판의 판 두께 1/4 두께에서의 경질 조직의 면적 분율(S1)과, 강판의 표층부에서의 경질 조직의 면적 분율(S2)을 비교하여, S2/S1이 0.40 이하로 되는 최대 깊이 위치를 탈탄층의 두께라 했다. 경질 조직이란, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트 중 하나 이상을 포함하는 조직이다. 면적률은, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 관찰면을 연마, 나이탈 에칭하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)에 의해, 배율 500 내지 3000배의 3개소의 영역을 관찰하여 구했다. 즉, 각 관찰 영역에서, 강판의 판면에 50㎛ 이상의 평행인 선을 긋고, 선이 경질 조직과 겹치는 총 길이(L)를 구하고, 선의 길이(L0)의 비 L/L0을 구하고, 이들 평균값을, 당해 깊이 위치에 있어서의 경질 조직의 면적 분율(S2)이라 했다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 탈탄층 두께가 70㎛ 이하이면 탈탄의 진행을 억제할 수 있다고 판단했다.
또한, 이들 강판에 대해, 화성 처리성, 도금성, 및 인장 강도의 평가를 행했다.
(화성 처리성)
먼저, 연속 어닐링 후의 강판을 70㎜×150㎜의 시험편으로 절단하고, 이것에 니혼 파카라이징사제의 탈지제(상품명: 파인 클리너 E2083)의 18g/l 수용액을, 40℃에서 120초간 스프레이하고, 수세함으로써 탈지를 행했다. 이어서, 탈지한 냉연 강판을 니혼 파카라이징사제의 표면 조정제(상품명: 프레파렌 XG)의 0.5g/l 수용액에 상온에서 60초간 침지했다. 그 후, 니혼 파카라이징사제의 인산 아연 처리제(상품명: 팔 본드 L3065)에 120초간 침지하고, 수세, 건조시킴으로써, 화성 처리를 실시했다. 그 후, 화성 처리를 실시한 시험편의 길이 방향을 따라서 3개소(중앙부 및 양단부)를, 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 1000배의 배율로 관찰하고, 인산 아연 피막의 결정립의 부착 정도를 관찰했다.
화성 처리 피막의 인산 아연 결정이 치밀하게 부착되어 있던 경우는 「GOOD」, 인산 아연 결정이 드물고, 인접하는 결정간에 얼마 안되는 간극(인산 아연 피막이 부착되지 않은, 일반적으로 「도금 누락」이라고 불리는 부분)이 보인 경우를 「FAIR」, 분명하게 화성 처리 피막이 피복되지 않은 개소가 보인 경우를 「POOR」라 평가했다.
(인장 강도)
연속 어닐링 후의 강판으로부터, 압연 방향에 직각 방향으로 JIS Z2201에 기재된 5호 시험편을 잘라내어, JIS Z 2241에 준거하여, 상온에서 인장 시험을 행함으로써 인장 강도 및 신율을 구했다.
그리고, 인장 강도가 780MPa 이상이고, 또한 판 두께 중심으로부터 두께 방향으로 8할의 범위 밖을 깎아 냈을 때의 시험편 인장 강도와 비교하여 인장 강도의 저하가 1.0％ 미만인 경우를 「GOOD」이라 했다. 한편, 인장 강도가 780MPa 미만인 경우, 및 인장 강도가 780MPa 이상이라도, 판 두께 중심으로부터 두께 방향으로 8할의 범위 밖을 깎아 냈을 때의 시험편 인장 강도와 비교하여 1.0％ 이상 저하된 경우를 「POOR」라 했다.
(도금성)
연속 어닐링 후의 강판에, 공지된 방법으로 용융 아연 도금 처리를 실시하고, 용융 아연 도금 처리된 강판에 대해, 눈으로 보아 외관을 평가함과 함께, 도금 박리 시험을 행하여 도금 밀착성을 평가했다. 구체적으로는 이하와 같이 평가했다.
「외관 검사」
용융 아연 도금 강판의 표면 외관에 대해, 해당 강판으로부터 전체 폭에 걸친 길이 1m의 샘플을 5매 연속 채취하여, 눈으로 미도금의 발생 상황을 이하의 기준으로 판단했다.
GOOD: 직경 0.5㎜ 이상의 미도금은 관찰되지 않았다(실용상 허용할 수 있는 외관)
POOR: 직경 0.5㎜ 이상의 미도금이 관찰되었다(외관상의 허용 범위를 일탈)
「도금 박리 시험」
강판에 압축 응력이 가해지는 가공 시에 있어서의 도금 밀착성을 평가하는, JISZ 2248에 기재된 「금속 재료 굽힘 시험 방법」에 따라, 도금 박리 시험을 행했다. 구체적으로는, 문헌 「용융 아연 도금 강판 매뉴얼, p53-55」에 개시되어 있는 바와 같이, 각 강판을 이용하여 60° V자 굽힘 시험을 행한 후, 굽힘부의 내측에 테이프를 붙이고, 그 테이프를 박리했다. 그리고, 테이프와 함께 박리된 도금층의 박리 상황으로부터 도금 밀착성을 이하의 기준으로 평가했다. 테이프에는, 니치반제 「셀로판 테이프」(등록 상표)를 사용했다.
GOOD: 박리 폭이 7.0㎜ 미만(실용상 허용할 수 있음)
POOR: 박리 폭이 7.0㎜ 이상(실용상 허용 불가)
시험 No.1, No.30, No.59, No.88, No.117은, 어닐링 시의 강판 온도가 700℃ 이하이고, Si의 내부 산화 및 탈탄이 모두 발생하지 않는다. 시험 No.19, No.48, No.77, No.106, No.135에서는, 가열 시의 강판 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하로 강판을 가열하는 범위에서, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -1.36 이하이고, Si의 내부 산화가 불충분하다.
시험 No.2, No.31, No.60, No.89, No.118에서는, 가열 유지 시의 상기 강판의 온도가 900℃이지만, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -0.07 이상이며, 탈탄 두께가 과잉으로 두꺼워져 있다.
시험 No.3 내지 5, No.32 내지 34, No.61 내지 63, No.90 내지 92, No.119 내지 121에서는, 800℃ 초과의 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 -0.54 이상이며, 탈탄 두께가 과잉으로 두꺼워지고 있다.
또한, 시험 No.146 내지 148, No.150, No.151, No.153 내지 155, No.157, No.158, No.160 내지 162, No.164, No.165, No.167 내지 No.169, No.171, No.172, No.172 내지 176, No.178, No.179, No.181 내지 186에서는, 강판 온도가 700℃ 이하, 700℃ 초과 800℃ 이하, 800℃ 초과 중 어느 것의 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값이 본 발명에서 벗어나 있으며, 내부 산화가 불충분하거나, 탈탄층 두께가 과잉이거나, 인장 강도나 도금성이 뒤떨어졌다.
이에 반하여, 가열 유지 시의 상기 강판의 온도를 750 내지 900℃로 강판을 가열하는 연속 어닐링 공정에 있어서, 강판의 700℃ 초과 800℃ 이하에서의 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07의 범위 내로 하고, 강판의 온도가 700℃ 이하인 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07, 800℃ 초과에서의 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 -3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53로 한 시험 No.6 내지 18, No.20 내지 29, No.35 내지 47, No.49 내지 58, No.64 내지 76, No.78 내지 87, No.93 내지 105, No.107 내지 116, No.122 내지 134, No.136 내지 145, No.149, No.152, No.156, No.159, No.163, No.166, No.170, No.173, No.177, No.180은, Si의 내부 산화층의 깊이 위치가 충분히 깊고, 또한, 탈탄층 두께가 얇아져 있다.
이상으로부터, 본 발명에 따르면, Si를 강판의 내부에서 산화시키고 강판의 표면에 Si 산화물이 노출되는 것을 억제하며, 또한, 강판으로부터의 탈탄의 진행을 억제할 수 있음이 확인되었다.
<산업상 이용가능성>
어닐링 시의 분위기를 제어함으로써, Si를 강판의 내부에서 산화시키고 강판의 표면에 Si 산화물이 노출되는 것을 억제하며, 또한, 강판으로부터의 탈탄의 진행을 억제 가능한 고강도 강판의 제조 방법, 및 이 고강도 강판의 제조 방법에 적합한 강판의 연속 어닐링 장치를 제공할 수 있다.
1: 강판
10: 강판의 연속 어닐링 장치
11: 제1 가열대
12: 제2 가열대
13: 제3 가열대
14: 균열대
15: 분위기 가스 도입부(로의 내부 분위기 조정 수단)
10: 강판의 연속 어닐링 장치
11: 제1 가열대
12: 제2 가열대
13: 제3 가열대
14: 균열대
15: 분위기 가스 도입부(로의 내부 분위기 조정 수단)
Claims (4)
- 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도 강판의 제조 방법이며,
화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.050 내지 0.40％, Si: 0.10 내지 2.50％, Mn: 1.20 내지 3.50％, Cr: 0 내지 0.80％, Ni: 0 내지 5.00％, Cu: 0 내지 3.00％, Nb: 0 내지 0.10％, Mg: 0 내지 0.010％, Ti: 0 내지 0.10％, B: 0 내지 0.010％, Mo: 0 내지 0.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 불순물로서, P: 0.100％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 1.200％ 이하, N: 0.0100％ 이하로 제한한 강판을, 750℃ 내지 900℃의 온도 범위까지 가열하고, 상기 온도 범위에서 0 내지 300초 유지함으로써 연속 어닐링을 행하는 연속 어닐링 공정을 갖고,
상기 연속 어닐링 공정에서는, 상기 온도 범위까지 상기 가열을 행할 때 및 상기 온도 범위에서의 상기 유지를 행할 때,
로 내의 분위기 중의 수소 농도를, 10 체적％ 미만으로 하고
상기 강판의 온도가 700℃ 이하일 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식인 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을, 하기 식 (i)의 범위로 하고,
상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (ⅱ)의 범위에서, 상기 강판의 온도가 700℃ 이하일 때의 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 상기 노체 평균값보다 높게 하고,
상기 강판의 온도가 800℃ 초과일 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (ⅲ)의 범위에서, 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 상기 노체 평균값보다 낮게 하고, 또한 노점을 -10℃ 미만으로 하는
것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.
-3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07(i)
-1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07(ⅱ)
-3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53(ⅲ) - 제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로
Cr: 0.01 내지 0.80％,
Ni: 0.01 내지 5.00％,
Cu: 0.01 내지 3.00％,
Nb: 0.001 내지 0.10％,
Mg: 0.0001 내지 0.010％,
Ti: 0.001 내지 0.10％,
B: 0.0001 내지 0.010％,
Mo: 0.01 내지 0.5％
에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는
것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (vii)의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.
-1.00<log(PH2O/PH2)<-0.67(vii) - 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.050 내지 0.40％, Si: 0.10 내지 2.50％, Mn: 1.20 내지 3.50％, Cr: 0 내지 0.80％, Ni: 0 내지 5.00％, Cu: 0 내지 3.00％, Nb: 0 내지 0.10％, Mg: 0 내지 0.010％, Ti: 0 내지 0.10％, B: 0 내지 0.010％, Mo: 0 내지 0.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 불순물로서, P: 0.100％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 1.200％ 이하, N: 0.0100％ 이하로 제한한 강판에 연속 어닐링을 실시하는 강판의 연속 어닐링 장치이며,
로 내의 분위기 중의 수소 농도를, 10 체적％ 미만으로 하고 상기 강판의 온도가 700℃ 이하인 경우에, 로 내의 분위기 중의 수분압 PH2O와 수소 분압 PH2로 이루어지는 관계식인 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (ⅳ)의 범위로 조정하고, 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하인 경우에, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (v)의 범위에서, 상기 강판의 온도가 700℃ 이하일 때의 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 상기 노체 평균값보다 높게 조정하고, 상기 강판의 온도가 800℃ 초과인 경우에, 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 노체 평균값을 하기 식 (vi)의 범위에서, 상기 강판의 온도가 700℃ 초과 800℃ 이하일 때의 상기 로 내의 분위기 중의 상기 log(PH2O/PH2)의 상기 노체 평균값보다 낮게 하고, 또한 노점을 -10℃ 미만으로 조정하는 로 내 분위기 조정 수단을 구비하는
것을 특징으로 하는 강판의 연속 어닐링 장치.
-3.01<log(PH2O/PH2)<-0.07(ⅳ)
-1.36<log(PH2O/PH2)<-0.07(v)
-3.01<log(PH2O/PH2)≤-0.53(vi)
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