KR102210135B1

KR102210135B1 - 용접 구조 부재용 고강도 도금 강판 및 이의 제조법

Info

Publication number: KR102210135B1
Application number: KR1020157030683A
Authority: KR
Inventors: 겐타로 히라타; 유키오 가타기리; 시게루 모리카와; 마사아키 우라나카
Original assignee: 닛테츠 닛신 세이코 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2021-02-01
Also published as: CN105121681A; MX2015013538A; TWI618816B; EP2980237A4; JP2014189812A; US20190010596A1; CN105121681B; MY171301A; EP2980237A1; WO2014156671A1; US10100395B2; KR20150133838A; US20160032438A1; TW201443280A; JP6049516B2; CA2905623A1

Abstract

질량%로, C: 0.050 내지 0.150%, Si: 0.001 내지 1.00%, Mn: 1.00 내지 2.50%, P: 0.005 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Al: 0.005 내지 0.100%를 함유하는 강 조성을 가지며, 페라이트상과 평균 결정 입자 직경 8㎛ 이하인 마르텐사이트 주체의 제2상으로 이루어지는 금속 조직을 갖는 강 기재를 가지며, C/0.2+Si/5.0+Mn/1.3+Cr/1.0+Mo/1.2+0.4t-0.7(Cr+Mo)^1/2가 2.9 이하가 되도록 강 기재의 판 두께(t)(mm)와 화학 조성이 조정되어 있는 용접 구조 부재용 고강도 용융 Zn-Al-Mg계 도금 강판에 의해, 용접부의 내식성, 내용융금속취화균열성, 굴곡 가공성이 우수한 고강도 도금 강판을 제공한다.

Description

용접 구조 부재용 고강도 도금 강판 및 이의 제조법{HIGH-STRENGTH PLATED STEEL SHEET FOR WELDED STRUCTURAL MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAID SHEET}

본 발명은, 아크 용접에 의해 조립되는 용접 구조 부재용의 고강도 용융 Zn-Al-Mg계 도금 강판으로서, 특히 자동차 차대 부재에 매우 적합한 것, 및 이의 제조법에 관한 것이다.

자동차의 서스펜션 멤버 등의 차대 부재는, 종래, 열연(熱延) 강판을 프레스 성형 등에 의해 소정 형상의 강판 부재로 성형하고, 이들을 아크 용접으로 접합함으로써 조립되고, 그 후, 양이온 전착 도장을 실시하여 사용에 제공되고 있다.

양이온 전착 도장을 가한 열연 강판에서는 날아온 돌에 의한 칩핑(chipping)에 의해 도막이 손상되면 그 부분을 기점으로 부식이 진행된다. 또한, 아크 용접시에 비드 지단(止端)부 근방의 모재(母材) 표면에는 용접 입열(入熱)에 의해 Fe 스케일이 생성되기 때문에, 자동차 주행 중의 진동에 의해 양이온 전착 도막이 하지(下地)의 Fe 스케일과 함께 박리되는 경우가 있으며, 그 경우에는 박리 개소에서 모재의 부식이 진행된다. 이로 인해, 자동차 차대 부재에서는 부식에 의한 판 두께 감소량을 계산에 넣어 강도 설계할 필요가 있다. 구체적으로는, 종래, 충돌 안전성의 관점에서 인장 강도 340 내지 440MPa급의 강종으로 이루어지는 판 두께 2 내지 3mm의 열연 강판을 사용하는 경우가 많았다.

최근, 더욱 충돌 안전성의 향상과 경량화가 요망되게 되어, 차대 부재용의 강판에는 590MPa 이상의 고강도 강판을 사용하는 니즈가 높아지고 있다. 또한, 장수명화를 위한 방청 성능 향상도 요구되고 있다. 또한 최근에는 성형성의 관점에서, 차대 부재용의 강판에는 양호한 연성 및 굴곡 가공성도 요구되게 되었다.

특허문헌 1에는, 굴곡성이 우수한 고강도 합금화 용융 아연 도금 강판이 개시되어 있다. 그러나, 아연계 도금 강판에 아크 용접을 가하면, 특히 고온에 노출되는 용접 비드 지단부 근방에서는 도금층이 증발되어 소실되고, 그 부분에 Fe 스케일이 생성되어 버린다. 이로 인해 Fe 스케일마다 도막이 박리되기 쉽다는 종전의 열연 강판의 결점은 아연계 도금 강판을 사용해도 개선되고 있지 않다.

일반적인 용융 아연 도금 강판보다도 내식성이 높은 도금 강판으로서 용융 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판이 알려져 있으며, 다양한 용도에 적용되고 있다. 용융 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판을 차대 부재에 사용하면, 아크 용접 시에 생성된 Fe 스케일과 함께 도막이 박리된 경우에도, 도금 성분에 유래하는 보호성이 높은 피막이 형성되기 쉬운 등 Zn-Al-Mg계 합금 도금에 특유의 작용이 발휘되어, 종래의 용융 아연 도금 강판을 사용한 부재에 비해 비드 지단부 근방의 내식성은 대폭 개선된다. 그러나, 용융 Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판을 용접에 제공한 경우에는, 일반적인 아연 도금 강판보다도 용융 금속 취화 균열이 일어나기 쉽다는 문제가 있다. 용융 금속 취화 균열은, 아크 용접 직후의 모재 표면에서 용융 상태로 되어 있는 도금 금속이, 인장 응력 상태로 되어 있는 모재의 결정립계에 침입하여, 냉각 시에 모재 균열을 일으키는 현상이다.

특허문헌 2에는, 내용융금속취화균열성을 개선한 Zn-Al-Mg계 도금 강판이 나타나 있다. 그러나, 이 문헌에 개시된 도금 강판은, 굴곡 가공성의 점에서 반드시 만족할 만한 것은 아니었다. 발명자들의 검토에 의하면, 인용문헌 2의 도금 강판은, 강 기재(鋼基材)의 금속 조직이 주상인 페라이트와 마르텐사이트로 이루어지는 2상 조직인데, 페라이트 및 마르텐사이트의 결정 입자 직경이 충분히 미세해지지 않는 것이 굴곡 가공성의 개선을 곤란하게 하고 있는 것으로 생각되었다.

일본 공개특허공보 특개2007-231369호 일본 공개특허공보 특개2009-228079호

780MPa 이상의 고강도를 갖는 Zn-Al-Mg계 도금 강판에 있어서, 내용융금속취화균열성과 굴곡 가공성을 동시에 개선하는 것은 용이하지 않으며, 유효한 기술은 확립되어 있지 않은 것이 현재 상황이다. 본 발명은, 용접부의 내식성, 내용융금속취화균열성, 굴곡 가공성이 우수한 고강도 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은, 강 기재의 표면에 용융 Zn-Al-Mg계 도금층을 갖는 도금 강판에 있어서, 강 기재는, 질량%로, C: 0.050 내지 0.150%, Si: 0.001 내지 1.00%, Mn: 1.00 내지 2.50%, P: 0.005 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Al: 0.005 내지 0.100%, Ti: 0.01 내지 0.10%, B: 0.0005 내지 0.0100%, Nb: 0 내지 0.10%, V: 0 내지 0.10%, Cr: 0 내지 1.00%, Mo: 0 내지 1.00%, N: 0.001 내지 0.005%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 하기 수학식 1로 정의되는 H값이 2.9 이하가 되도록 강 기재의 판 두께(t)(mm)와 합금 원소 함유량의 관계가 조정되어 있는 화학 조성을 가지며, 페라이트상과 면적율 15% 이상 45% 미만인 제2상으로 이루어지고, 상기 제2상은 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 베이나이트로 구성되며, 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하인 금속 조직을 갖는, 용접 구조 부재용 고강도 도금 강판에 의해 달성된다.

[수학식 1]

H값=C/0.2+Si/5.0+Mn/1.3+Cr/1.0+Mo/1.2+0.4t-0.7(Cr+Mo)^1/2

단, 수학식 1의 원소 기호의 개소에는 당해 원소의 강(鋼)중 함유량(질량%)의 값이 대입된다.

상기 도금층의 조성으로서는, 질량%로, Al: 3.0 내지 22.0%, Mg: 0.05 내지 10.0%, Ti: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.05%, Si: 0 내지 2.0%, Fe: 0 내지 2.0%, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물인 것이 매우 적합하다.

상기 도금 강판의 제조법으로서, 강 슬래브에 열간 압연, 산세(酸洗), 냉간 압연, 소둔, 용융 도금의 각 공정을 순차 가하여 강 기재의 표면에 용융 Zn-Al-Mg계 도금층을 갖는 도금 강판을 제조할 때,

강 슬래브의 화학 조성을, 질량%로, C: 0.050 내지 0.150%, Si: 0.001 내지 1.00%, Mn: 1.00 내지 2.50%, P: 0.005 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Al: 0.005 내지 0.100%, Ti: 0.01 내지 0.10%, B: 0.0005 내지 0.0100%, Nb: 0 내지 0.10%, V: 0 내지 0.10%, Cr: 0 내지 1.00%, Mo: 0 내지 1.00%, N: 0.001 내지 0.005%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것으로 하고,

상기 냉간 압연에 있어서, 냉간 압연후의 판 두께를 t(mm)로 할 때, 냉간 압연율을 45 내지 70%, 또한 상기 수학식 1로 정의되는 H값이 2.9 이하가 되는 범위로 하고,

상기 소둔과 용융 도금은 연속 도금 라인으로 실시하고, 용융 도금욕 조성은, 예를 들면 상기 도금층의 조성을 채용하고, 상기 소둔 조건을, 재료 온도 740 내지 860℃로 가열 후, 도금욕에 침지할 때까지의 냉각 과정에서 적어도 740℃에서부터 650℃까지의 평균 냉각 속도가 5℃/초 이상이 되는 조건으로 함으로써, 용융 도금 후의 강 기재의 금속 조직을, 페라이트상과 면적율 15% 이상 45% 미만인 제2상으로 이루어지고, 상기 제2상은 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 베이나이트로 구성되고, 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하인 상태로 조정하는, 용접 구조 부재용 고강도 도금 강판의 제조법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 용접부의 내식성, 내용융금속취화균열성, 굴곡 가공성이 우수한 고강도 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 공업적으로 안정적으로 제공하는 것이 가능해졌다. 특히, 종래 어려운 것으로 여겨지고 있던 내용융금속취화균열성과 굴곡 가공성의 동시 개선을 실현할 수 있었다. 따라서 본 발명은, 특히 서스펜션 멤버 등 자동차 차대 부재의 내구성 향상이나 설계 자유도 향상에 기여하는 것이다.

[도 1] 용융 금속 취화 균열성을 평가하기 위해 용접을 실시한 용접 구조 부재의 외관을 모식적으로 도시하는 도면.
[도 2] 용접 시험 시의 시험편의 구속 방법을 모식적으로 도시하는 단면도.
[도 3] 용접부의 내식성 평가 시험편의 형상을 모식적으로 도시하는 도면.
[도 4] 내식성 평가 시험 방법을 도시하는 도면.
[도 5] 용융 금속 취화 균열 감도 지수 H값과 최대 모재 균열 깊이의 관계를 도시하는 그래프.

《강 기재의 화학 조성》

이하, 강 기재의 화학 조성에 관한「%」는 특별히 언급하지 않는 한「질량%」를 의미한다.

〔각 원소의 함유량 범위〕

C: 0.050 내지 0.150%

C는 강판의 고강도화에 필요 불가결한 원소이다. C 함유량이 0.050% 미만인 경우에는 780MPa 이상의 인장 강도를 안정적으로 수득하는 것이 어렵다. C 함유량이 0.150%를 초과하면 조직의 불균일성이 현저해져, 굴곡 가공성이 열화된다. 이로 인해, C 함유량은 0.050 내지 0.150%로 한다.

Si: 0.001 내지 1.00%

Si는 고강도화에 유효한 것 외에, 세멘타이트의 석출을 억제하는 작용을 가지며, 강 중의 펄라이트 등의 생성을 억제하는데 있어서 유효하다. 이러한 작용을 수득하기 위해서는 0.001% 이상의 Si 함유량으로 할 필요가 있고 0.005% 이상으로 하는 것이 보다 효과적이다. 단, 다량의 Si를 함유하는 강에서는 강재 표면에 Si 농화층이 생성되어, 도금성이 저하된다. 이로 인해 Si 함유량은 1.00% 이하의 범위로 한다.

Mn: 1.00 내지 2.50%

Mn은 오스테나이트를 안정화시키는 동시에, 가열 후의 냉각 시에 펄라이트가 생성되는 것을 억제함으로써, 마르텐사이트의 생성에 기여한다. Mn 함유량이 1.00% 미만인 경우에는 780MPa 이상의 고강도를 수득하기 위해 필요한 마르텐사이트량을 확보하는 것이 어렵다. 단, 2.50%를 초과하면 밴드상 조직의 생성이 현저해져, 불균일한 조직 상태가 되기 때문에 굴곡 가공성이 열화된다. 이로 인해, Mn 함유량은 1.00 내지 2.50%로 한다.

P: 0.005 내지 0.050%

P는 용접성 등을 열화시키는 원소이기 때문에, 적은 편이 바람직하다. 단, 과잉의 탈P는 제강 공정의 부담을 증대시키기 때문에, 여기서는 P 함유량 0.005 내지 0.050%의 강을 대상으로 한다.

S: 0.001 내지 0.020%

S는 MnS 등의 황화물을 형성하고, 이것이 다량으로 존재하면 굴곡성을 열화시키는 요인이 된다. 검토 결과, S 함유량은 0.020% 이하로 할 필요가 있으며, 0.010% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 단, 과잉의 탈S는 제강 공정의 부담을 증대시키기 때문에, 여기서는 S 함유량 0.001 내지 0.020%의 강을 대상으로 한다.

Al: 0.005 내지 0.100%

Al은 탈산제로서 유효한 원소이며, 0.005% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 단, 다량의 Al 함유는 굴곡성을 열화시키는 요인이 되기 때문에, Al 함유량은 0.100% 이하로 한다.

Ti: 0.01 내지 0.10%

Ti는 N과의 친화성이 높으며, 강 중의 N을 TiN으로 하여 고정시키기 때문에, Ti를 첨가함으로써 강 중의 N이 B와 결합하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 내용융금속취화균열성을 높이는 B량을 확보하는데 있어서 Ti 첨가는 매우 유효하다. 또한, Ti는 조직의 미세화에 의해 조직의 균일성을 향상시키는 동시에, 탄화물의 석출 강화에 의해, 굴곡성을 열화시키지 않고 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이들 작용을 충분히 수득하기 위해서는 0.01% 이상의 Ti 첨가가 필요하다. 단, 0.10%를 초과하여 첨가하면 재결정 온도가 현저하게 상승한다. 이로 인해, Ti 함유량은 0.01 내지 0.10%로 한다.

B: 0.0005 내지 0.0100%

B는 결정립계에 편석하여 원자간 결합력을 높여, 용융 금속 취화 균열의 억제에 유효한 원소이다. 그 작용을 수득하기 위해서는 0.0005% 이상의 B 함유가 필요하다. 단, B 함유량이 0.0100%를 초과하면 붕화물의 생성에 기인하는 가공성의 저하가 문제가 되는 경우가 있다. 이로 인해, B 함유량은 0.0005 내지 0.0100%로 한다.

Nb: 0 내지 0.10%, V: 0 내지 0.10%

Nb와 V는, Ti와 같이, 조직의 미세화에 의해 조직의 균일성을 향상시키는 동시에, 탄화물의 석출 강화에 의해, 굴곡성을 열화시키지 않고 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이로 인해 필요에 따라 Nb, V의 1종 또는 2종을 첨가할 수 있다. 그 경우, Nb 함유량은 0.01% 이상, V 함유량은 0.03% 이상으로 하는 것이 보다 효과적이다. 이들 원소를 첨가하는 경우에는 Ti, V 모두 각각 0.10% 이하의 범위에서 첨가하면 좋다.

Cr: 0 내지 1.00%, Mo: 0 내지 1.00%

Cr과 Mo는, B와 같이, 아크 용접의 냉각 과정에서 열영향부의 오스테나이트 입계에 편석하여 용융 금속 취화 균열을 억제하는 작용을 나타낸다. 이로 인해 필요에 따라 Cr, Mo의 1종 또는 2종을 첨가할 수 있다. 그 경우, Cr 함유량은 0.10% 이상, Mo 함유량은 0.05% 이상으로 하는 것이 보다 효과적이다. 이들 원소를 첨가하는 경우에는 Cr, Mo 모두 각각 1.00% 이하의 범위에서 첨가하면 좋다.

N: 0.001 내지 0.005%

N은 강의 강화에 유효하지만, B와 결합하여 BN을 생성하기 쉽다. BN의 생성은 내용융금속취화균열성의 향상에 유효한 고용(固溶) B의 소비로 이어져, 바람직하지 않다. 다양한 검토 결과, N 함유량은 0.001 내지 0.005%의 범위로 제한된다.

〔H값〕

[수학식 1]

H값=C/0.2+Si/5.0+Mn/1.3+Cr/1.0+Mo/1.2+0.4t-0.7(Cr+Mo)^1/2

상기 수학식 1로 정의되는 H값은, 강 기재의 성분 원소의 함유량(질량%)과, 강 기재의 판 두께(t)(mm)를 파라미터로 하는「용융 금속 취화 균열의 감도 지수」이다. H값이 큰 재료는, 용융 금속 취화 균열에 의해 발생하는 최대 균열 깊이가 커진다. 본 발명에서는 H값을 2.9 이하로 규정한다. 수학식 1의 원소 기호의 개소에는 당해 원소의 강중 함유량(질량%)의 값이 대입된다.

용융 금속 취화 균열은, 용접 직후의 모재의 표면에서 용융 상태로 되어 있는 도금 금속이, 인장 응력 상태로 되어 있는 모재의 결정립계에 침입하여, 냉각 시에 모재 균열을 일으키는 현상이다. 따라서, 용접 금속 취화 균열을 억제하기 위해서는, 용접 후에 도금층이 용융 상태로 되어 있는 온도역(약 400℃ 이상)에서, 모재의 열영향부에 발생하는 인장 응력을 경감시키는 것이 유효하다. 이 인장 응력은 냉각 시의 열수축에 의해 발생한다. 그래서 본 발명에서는, 냉각 시에 마르텐사이트 변태가 일어날 때의 체적 팽창 현상을 활용하여, 도금 금속이 용융되어 있는 온도역에서의 열수축을 가능한 한 상쇄하고, 이것에 의해, 도금 금속이 응고될 때까지 동안에 모재에 발생하는 인장 응력을 경감시킨다.

H값을 정하는 파라미터에는, 강 기재의 성분 원소 중, C, Si, Mn, Cr, Mo의 함유량의 항이 포함되어 있다. 이들 원소는, 용접의 냉각 과정에 있어서 마르텐사이트 변태의 개시 온도를 저온측으로 이행시키는 작용이 있다. 수학식 1의 성분 원소 파라미터는, 이들 원소의 함유량을 조정함으로써, 도금 금속이 용융되어 있는 온도역(약 400℃ 이상)에서 마르텐사이트 변태가 일어나도록 하는 것을 취지로 하는 것이다.

한편, 강 기재의 열수축에 기인하는 인장 응력의 크기에는, 강 기재의 판 두께가 크게 영향을 준다. 판 두께가 증가하면 변형 저항이 커지기 때문에 인장 응력도 증대된다. 이로 인해, H값을 정하는 파라미터에는 판 두께(t)에 의존하는 항이 포함된다.

수학식 1은, 상술한 성분 범위에 있는 많은 강을 사용한 실험에 의해 구한 용융 금속 취화 균열의 감도 지표의 식이다. 상세한 검토 결과, 수학식 1로 표시되는 H값이 2.9 이하가 되도록, 강 기재의 판 두께와의 관계에 있어서 화학 조성을 조정했을 때, 용융 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 아크 용접했을 때의 용융 금속 취화 균열이 현저하게 억제되는 것을 알 수 있었다.

《강 기재의 금속 조직》

본 발명에서는, 주상 페라이트에 제2상으로서 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 베이나이트가 분산된 복합 조직을 갖는 DP(듀얼페이즈) 강판을 강 기재의 적용 대상으로 하고 있다. 주상 페라이트에 분산되는 제2상으로서의 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 베이나이트는, 면적율로 합계 15% 이상 45% 미만으로 한다. 제2상의 면적율이 15%에 미치지 않으면 780MPa 이상의 인장 강도를 안정적으로 수득하는 것이 곤란해진다. 반대로 45% 이상이 되면 지나치게 단단해져 가공성이 나빠진다. 제2상은 마르텐사이트뿐인 것이 가장 바람직하지만, 부분적으로 베이나이트가 분산되어 있어도 좋다. 예를 들면, 마르텐사이트와 베이나이트의 합계 체적에 차지하는 베이나이트의 체적 비율은, 0 내지 5%의 범위인 것이 보다 바람직하다. 후술하는 실시예에 있어서의 본 발명예의 것은 어느 것이나 이 조건을 충족시키고 있다.

본 발명에서는, 조직을 미세화함으로써 굴곡성을 향상시키고 있다. 판 두께 1.0 내지 2.6mm 정도의 도금 강판을 사용하여 자동차 차대 부재를 제조하는 경우를 고려하면, 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하로 미세화되어 있을 때, 충분한 굴곡성이 확보되어, 설계 자유도의 확대에 유용해지는 것을 알 수 있었다. 주상인 페라이트도 미세화되어 있는 것이 바람직하지만, 굴곡성에 관해서는 특히 제2상의 평균 결정 입자 직경이 중요하다. 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하가 되는 후술하는 제조 조건을 채용하면, 페라이트상도 충분히 미세화된다. 예를 들면, 페라이트상의 평균 결정 입자 직경은 10㎛ 이하가 된다. 후술하는 실시예에 있어서 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하인 것은, 어느 것이나 페라이트상의 평균 결정 입자 직경은 10㎛ 이하이다.

《제조법》

상술한 용융 Zn-Al-Mg계 도금 강판은, 강 슬래브에 열간 압연, 산세, 냉간 압연, 소둔, 용융 도금의 각 공정을 순차 실시하는, 일반적인 용융 아연계 도금 강판의 제조 라인을 이용하여 제조할 수 있다. 강재의 강도 및 내용융금속취화균열성에 관해서는 주로 강 기재의 화학 조성에 의해 컨트롤할 수 있다. 단, 굴곡성을 개선하기 위해서는 결정 입자 직경이 충분히 미세화되도록, 제조 조건을 연구할 필요가 있다. 구체적으로는, 상기의 냉간 압연 공정에 있어서 냉간 압연율을 45 내지 70%로 하고, 그 후, 재료 온도 740 내지 860℃로 가열 후, 도금욕에 침지할 때까지의 냉각 과정에서 적어도 740℃에서부터 650℃까지의 평균 냉각 속도를 5℃/초 이상으로 하면 좋다.

〔냉간 압연〕

상기의 냉간 압연 공정(용융 도금욕 침지 전의 소둔에 제공하는 냉연 강판을 수득하는 냉간 압연 공정)에서는, 냉간 압연율을 45 내지 70%로 한다. 45% 미만인 경우에는 소둔 후의 조직이 조대(粗大)해져 굴곡성이 저하된다. 한편, 70%를 초과하는 냉간 압연율에서는, 냉간 압연에 의한 조직 미세화 효과가 포화된다. 또한, 과도하게 높은 냉간 압연율을 부여하는 것은 냉간 압연 공정의 부하를 증대시켜 바람직하지 못하다. 이 냉간 압연 공정에서의 냉간 압연율이 상기의 범위가 되도록, 최종적인 목표 판 두께에 따라 열간 압연 후의 판 두께를 조정해 둔다. 경우에 따라서는, 열간 압연 후, 이 냉간 압연 공정 전에, 중간 냉간 압연+중간 소둔의 공정을 삽입해도 좋다.

〔소둔〕

용융 도금욕에 침지하기 직전에 실시하는 소둔 공정에서는, 재료 온도(최고 도달 온도)가 740 내지 860℃가 되도록 가열한다. 740℃에 도달하지 않으면 재결정화가 불충분해져 미재결정 조직이 잔존하기 쉽기 때문에, 양호한 굴곡성을 안정적으로 수득하는 것이 어렵다. 860℃를 초과하면 오스테나이트 모상(母相)의 결정립이 조대화되어, 양호한 굴곡성을 부여하기 위해 필요한 제2상의 미세화가 불충분해진다. 재료 온도가 740 내지 860℃의 범위로 유지되는 시간은, 예를 들면 60초 이하의 범위에서 설정하면 좋다.

소둔 후의 냉각 과정에서는, 적어도 740℃에서부터 650℃까지의 평균 냉각 속도가 5℃/초 이상이 되도록 한다. 이 온도역에서의 냉각 속도가 이보다 느리면, 부분적으로 펄라이트가 생성되기 쉬워져, 780MPa 이상의 고강도를 안정적으로 수득하는 것이 곤란해진다. 또한, 페라이트 입자 직경 및 제2상 입자 직경의 미세화의 점에서도, 냉각 속도는 5℃/초 이상으로 하는 것이 유효하다. 본 발명에서 대상으로 하는 강은 상기와 같이 소정의 Ti나 필요에 따라 Nb를 함유하고 있기 때문에, 가열 후의 냉각 속도를 이와 같이 선정함으로써 페라이트의 평균 결정 입자 직경이 10㎛ 이하, 또한 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하인 미세한 조직을 수득할 수 있다.

이 소둔은, 소둔과 용융 도금을 1회의 라인 통판(通板)으로 실시하는 것이 가능한 연속 도금 라인으로 실시하는 것이 바람직하다. 소둔 후의 상기 냉각에 있어서, 용융 도금욕에 침지할 때의 적정 재료 온도까지 냉각시킨 후, 직접 용융 도금욕에 침지한다. 소둔 분위기는 환원성 분위기로 하고, 도금욕 중에 침지될 때까지 판이 대기에 접촉하지 않도록 관리된다.

〔용융 도금〕

용융 Zn-Al-Mg계 도금은, 종래부터 실시되고 있는 방법을 채용하면 좋다. 도금욕 조성은, 예를 들면, 질량%로, Al: 3.0 내지 22.0%, Mg: 0.05 내지 10.0%, Ti: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.05%, Si: 0 내지 2.0%, Fe: 0 내지 2.0%, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물인 조성이 적합하다. 수득되는 도금 강판의 도금층 조성은, 도금욕 조성을 거의 반영한 것이 된다.

실시예

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 슬래브를 가열 온도 1250℃, 마무리 압연 온도 880℃, 권취 온도 470 내지 550℃로 열간 압연하여, 판 두께 2.7 내지 5.3mm의 열연 강판을 수득하였다.

열연 강판을 산세 후, 다양한 압연율로 냉간 압연하여 판 두께 2.6mm 또는 1.6mm의 도금 원판(강 기재)으로 하고, 이것을 연속 용융 도금 라인에 통판하여, 수소-질소 혼합 가스 분위기 중 730 내지 850℃의 다양한 온도로 소둔하고, 다양한 냉각 속도로 약 420℃까지 냉각시켰다. 그 후, 강판 표면이 대기에 접촉되지 않은 상태 그대로 하기의 욕 조성의 용융 Zn-Al-Mg계 도금욕 중에 침지한 후 끌어 올려, 가스 와이핑법으로 도금 부착량을 편면당 약 90g/㎡로 조정함으로써 용융 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 제조하고, 이것을 공시재로 하였다. 도금욕온은 약 410℃이었다.

도금욕 조성은 이하와 같다.

질량%로, Al: 6%, Mg: 3%, Ti: 0.002%, B: 0.0005%, Si: 0.01%, Fe: 0.1%, 잔부: Zn

각 강별 제조 조건은 표 4에 나타나 있다. 이 중,「소둔 온도」는 연속 용융 도금 라인에서의 소둔의 가열 온도를 의미하고,「소둔 후의 냉각 속도」는 그 소둔 후의 냉각 시의 온도 곡선으로부터 구해지는 740℃에서부터 650℃까지(가열 온도가 740℃ 미만인 경우에는 그 가열 온도에서부터 650℃까지)의 평균 냉각 속도를 나타낸다.

공시재의 도금 강판에 관해서, 이하의 조사를 실시하였다.

〔인장 특성〕

시험편의 길이 방향이 도금 원판(강 기재)의 압연 방향에 대해 직각이 되도록 채취한 JIS 5호 시험편을 사용하여, JIS Z2241에 따라 인장 강도(TS), 전체 연신(T.EI)을 구하였다.

〔굴곡 시험〕

시험편의 길이 방향이 도금 원판(강 기재)의 압연 방향에 대해 직각이 되도록 채취한 굴곡 시험편을 사용하여, 45°의 V 블록 굴곡 시험을 실시하였다. 시험 후에, 굴곡부를 굴곡의 바깥측에서 육안으로 관찰하여, 균열이 확인되지 않는 최소의 선단(先端)(R)을 한계 굴곡(R)으로서 산출하였다. 한계 굴곡(R)이 2.0mm 이하를 합격으로 하였다.

〔금속 조직〕

압연 방향과 판 두께 방향에 평행한 단면(L 단면)을 주사형 전자 현미경으로 관찰하였다. 어느 공시재도, 페라이트를 주상으로 하고, 제2상으로서 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 베이나이트가 존재하는 금속 조직을 나타내고 있었다. 10시야의 화상 해석을 실시하여, 제2상의 면적율을 구하였다. 또한, 이 관찰 화상으로부터 페라이트 및 제2상의 평균 결정 입자 직경(원 상당 직경)을 구하였다.

〔용융 금속 취화 균열성의 평가〕

다음의 순서에 의해 용접 시험을 실시하여 평가하였다.

도 1에, 용융 금속 취화 균열성을 평가하기 위해 용접을 실시한 용접 구조 부재의 외관을 모식적으로 도시한다. 공시재(도금 강판)로부터 잘라낸 100mm×75mm의 시험편(3)의 판면(板面) 중앙부에 직경 20mm×길이 25mm의 봉강(棒鋼)(JIS에 규정되는 SS400재)으로 이루어지는 보스(돌기)(1)를 수직으로 세우고, 이 보스(1)와 시험편(3)을 아크 용접으로 접합하였다. 용접 와이어는 YGW12를 사용하고, 용접 개시점에서부터 용접 비드(6)가 보스의 주위를 한바퀴 돌아, 용접 개시점을 지나친 후에도 조금 더 용접을 진행하여, 용접 비드의 중첩 부분(8)이 발생된 시점에서 용접을 종료하였다. 이하, 이 용접을「보스 용접」이라고 부른다. 보스 용접 조건은 이하와 같다.

·용접 전류: 110A

·아크 전압: 21V

·용접 속도: 0.4m/분

·용접 와이어: YGW12

·쉴드 가스: CO₂, 유량 20L/분

도 2에, 상기 보스 용접을 실시했을 때의 시험편의 구속 방법을 모식적으로 도시한다. 보스 용접에 제공하는 시험편(3)은, 미리 120mm×95mm×판 두께 4mm의 구속판(4)(JIS에 규정되는 SS400재)의 판면 중앙부에 전주(全周) 용접으로 장착해 두었다. 시험편(3)을 구속판(4)과 함께 수평한 실험대(5) 위에 클램프(2)로 고정하고, 이 상태에서 상기의 보스 용접을 실시하였다.

보스 용접 후, 도 1에 파선으로 나타내는 바와 같이, 보스(1)의 중심축을 지나고, 또한 용접 비드의 중첩 부분(8)을 지나는 절단면(9)에서, 보스(1)/시험편(3)/구속판(4)의 접합체를 절단하고, 이 절단면(9)에 관해서 현미경 관찰을 실시하여, 시험편(3)에 관찰된 균열의 최대 깊이(최대 모재 균열 깊이)를 측정하였다. 이 시험은 용융 금속 취화 균열의 발생을 검출하기 쉽게 하기 위해 매우 엄격한 조건으로 용접을 실시한 것이다. 이 시험에 있어서 최대 균열 깊이가 0.1mm 이하인 도금 강판(공시재)은, 실용상, 용융 금속 취화 균열성이 문제가 되지 않는 특성을 갖고 있는 것으로 판단된다. 따라서, 최대 균열 깊이가 0.1mm 이하인 것을 ○(내용융금속취화균열성: 양호), 그 이외를 ×(내용융금속취화균열성: 불량)로 평가하였다.

〔용접부의 내식성 평가〕

공시재로부터 100mm×100mm의 샘플을 채취하고, 샘플 2장을 하기에 나타내는 용접 조건으로, 도 3에 모식적으로 도시하는 바와 같이 겹치기 필릿(fillet) 아크 용접으로 접합하였다. 내식성 평가용의 용접 조건은 이하와 같다.

·용접 전류: 110A

·아크 전압: 20V

·용접 속도: 0.7m/분

·용접 와이어: YGW14

·쉴드 가스: Ar-20vol.% CO₂, 유량 20L/분

그 후, 표 2에 나타내는 조건으로 표면 조정과 인산염 처리를 실시하고, 표 3에 나타내는 조건으로 양이온 전착 도장을 실시하였다. 양이온 전착 도장한 샘플에, 진동에 의한 피로를 시뮬레이트하기 위해 용접 방향과 수직 방향으로 응력 50N/㎟, 시험 횟수 1×10⁵회의 시험 조건으로 피로 시험을 실시한 후, 도 4에 도시하는 조건의 복합 부식 시험(CCT)에 제공하고, CCT 250사이클 후의 적청(

) 발생 유무를 조사하였다. 용접부에 적청의 발생이 확인되지 않는 것을 ○(내식성: 양호), 그 이외를 ×(내식성: 불량)이라고 평가하였다.

이상의 조사 결과를 표 4에 정리하여 나타낸다. 또한, 도 5에, 상기 수학식 1에 의해 정해지는 용융 금속 취화 균열 감도 지수 H값과 최대 모재 균열 깊이의 관계를 도시한다.

본 발명예의 것은, 어느 것이나 인장 강도(TS)가 780MPa 이상, 한계 굴곡(R)이 2mm 이하, 최대 모재 균열 깊이가 0.1mm 이하이고, 용접부의 내식성도 ○ 평가이다. 즉, 강도, 굴곡성, 내용융금속취화균열성, 및 용접부의 내식성이 우수한 도금 강판을 실현할 수 있었다.

이에 반해, No. 23은 Ti량이 많기 때문에 굴곡성이 나쁘며, No. 24는 C량이 낮기 때문에 충분한 강도가 수득되지 않으며, No. 25는 P량이 많기 때문에 굴곡성이 나쁘며, No. 26은 B량이 낮기 때문에 최대 모재 균열 깊이가 크며, No. 27, 28은 H값이 높기 때문에 최대 모재 균열 깊이가 크다. NO. 29는 C량 및 H값이 높기 때문에 굴곡성이 나쁘며, 최대 모재 균열 깊이가 크다. No. 30은 H값이 높기 때문에 최대 모재 균열 깊이가 크고, No. 31은 Mn량 및 H값이 높기 때문에 굴곡성이 나쁘며, 최대 모재 균열 깊이가 크다. No. 32, 33은 H값이 높기 때문에 최대 모재 균열 깊이가 크다. No. 34는 냉간 압연에서의 압연율이 낮기 때문에 제2상의 결정 입자 직경이 충분히 미세화되지 않아, 굴곡성이 나쁘다. No. 35는 연속 용융 도금 라인에서의 소둔 온도가 낮기 때문에 굴곡성이 나쁘다. No. 36은 연속 용융 도금 라인에서의 소둔 후의 냉각 속도가 작기 때문에 제2상의 결정 입자 직경이 충분히 미세화되지 않아, 굴곡성이 나쁘다.

1 보스
2 클램프
3 시험편
4 구속판
5 실험대
6 용접 비드
7 시험편 전주 용접부의 용접 비드
8 용접 비드의 중첩 부분
9 절단면
18 도금 강판
19 용접 비드

Claims

강 기재(鋼基材)의 표면에 용융 Zn-Al-Mg계 도금층을 갖는 도금 강판에 있어서, 하기 (A)에 따른 최대 균열 깊이가 0.05mm 이하가 되는 내용융금속취화균열성을 갖고, 강 기재는, 질량%로, C: 0.050 내지 0.150%, Si: 0.001 내지 0.25%, Mn: 1.00 내지 2.50%, P: 0.005 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Al: 0.005 내지 0.100%, Ti: 0.01 내지 0.08%, B: 0.0005 내지 0.0100%, Nb: 0 내지 0.10%, V: 0 내지 0.10%, Cr: 0 내지 1.00%, Mo: 0 내지 1.00%, N: 0.001 내지 0.005%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 하기 수학식 1로 정의되는 H값이 2.9 이하가 되도록 강 기재의 판 두께(t)(mm)와 합금 원소 함유량의 관계가 조정되고 있는 화학 조성을 가지며, 페라이트상과 면적율 15% 이상 45% 미만인 제2상으로 이루어지고, 상기 제2상은 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 베이나이트로 구성되며, 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하인 금속 조직을 갖는, 용접 구조 부재용 고강도 도금 강판.
[수학식 1]
H값=C/0.2+Si/5.0+Mn/1.3+Cr/1.0+Mo/1.2+0.4t-0.7(Cr+Mo)^1/2
단, 수학식 1의 원소 기호의 개소에는 당해 원소의 강(綱)중 함유량(질량%)의 값이 대입된다.
(A) 당해 도금 강판으로부터 100mm×75mm의 시험편을 잘라내고, 이것을 120mm×95mm×판 두께 4mm의 구속판(JIS에 규정되는 SS400재)의 판면 중앙부에 전주(全周) 용접으로 장착하여 수평한 실험대 위에 고정하고, 이 상태에서 상기 시험편의 판면 중앙부에 직경 20mm×길이 25mm의 봉강(棒鋼)(JIS에 규정되는 SS400재)으로 이루어지는 보스(돌기)를 수직으로 세우고, 상기 보스와 시험편을, 용접 전류: 110A, 아크 전압: 21V, 용접 속도: 0.4m/분, 용접 와이어: YGW12, 쉴드 가스: CO₂, 유량 20L/분의 조건에서 용접으로 접합한다. 이때, 용접 개시점에서부터 용접 비드가 보스의 주위를 한바퀴 돌아, 용접 개시점을 지나친 후에도 조금 더 용접을 진행하여, 용접 비드의 중첩 부분이 발생된 곳에서 용접을 종료한다. 용접 종료 후, 보스의 중심축을 지나고, 또한 용접 비드의 상기 중첩 부분을 지나는 절단면에서, 보스/시험편/구속판의 접합체를 절단하고, 이 절단면에 관해서 현미경 관찰을 실시하여, 시험편에 관찰된 균열의 최대 깊이(최대 모재 균열 깊이)를 측정하고, 이 값을 "최대 균열 깊이"로 한다.
제1항에 있어서, 용융 Zn-Al-Mg계 도금층의 도금 조성은, 질량%로, Al: 3.0 내지 22.0%, Mg: 0.05 내지 10.0%, Ti: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.05%, Si: 0 내지 2.0%, Fe: 0 내지 2.0%, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물인, 용접 구조 부재용 고강도 도금 강판.
강 슬래브에 열간 압연, 산세(酸洗), 냉간 압연, 소둔(燒鈍), 용융 도금의 각 공정을 순차 실시하여 강 기재의 표면에 용융 Zn-Al-Mg계 도금층을 갖는 도금 강판을 제조할 때,
강 슬래브의 화학 조성을, 질량%로, C: 0.050 내지 0.150%, Si: 0.001 내지 0.25%, Mn: 1.00 내지 2.50%, P: 0.005 내지 0.050%, S: 0.001 내지 0.020%, Al: 0.005 내지 0.100%, Ti: 0.01 내지 0.08%, B: 0.0005 내지 0.0100%, Nb: 0 내지 0.10%, V: 0 내지 0.10%, Cr: 0 내지 1.00%, Mo: 0 내지 1.00%, N: 0.001 내지 0.005%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것으로 하고,
상기 냉간 압연에 있어서, 냉간 압연 후의 판 두께를 t(mm)로 할 때, 냉간 압연율을 45 내지 70%, 또한 하기 수학식 1로 정의되는 H값이 2.9 이하가 되는 범위로 하고,
상기 소둔과 용융 도금은 연속 도금 라인으로 행하고, 그 소둔 조건을, 재료 온도 780 내지 860℃로 가열 후, 도금욕에 침지할 때까지의 냉각 과정에서 적어도 740℃에서부터 650℃까지의 평균 냉각 속도가 5℃/sec 이상이 되는 조건으로 함으로써, 용융 도금 후의 강 기재의 금속 조직을, 페라이트상과 면적율 15% 이상 45% 미만인 제2상으로 이루어지고, 상기 제2상은 마르텐사이트 또는 마르텐사이트와 베이나이트로 구성되고, 제2상의 평균 결정 입자 직경이 8㎛ 이하인 상태로 조정하는, 용접 구조 부재용 고강도 도금 강판의 제조법.
[수학식 1]
H값=C/0.2+Si/5.0+Mn/1.3+Cr/1.0+Mo/1.2+0.4t-0.7(Cr+Mo)^1/2
단, 수학식 1의 원소 기호의 개소에는 당해 원소의 강중 함유량(질량%)의 값이 대입된다.
제3항에 있어서, 상기 용융 도금욕 조성은, 질량%로, Al: 3.0 내지 22.0%, Mg: 0.05 내지 10.0%, Ti: 0 내지 0.10%, B: 0 내지 0.05%, Si: 0 내지 2.0%, Fe: 0 내지 2.0%, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물인, 용접 구조 부재용 고강도 도금 강판의 제조법.