KR102222244B1 - Martensit-based precipitation hardening type lightweight steel and manufacturing method for the same - Google Patents

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    • C21D2211/008Martensite

Abstract

본 발명은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하며, 상기 경량철강은 열간압연 및 냉간압연 공정을 거친 후, Ac3 이상의 오스테나이트 단상 영역인 900-1100℃에서 어닐링 공정이 수행되고, 상기 어닐링 공정을 거친 후 100℃-150℃에서 템퍼링 공정이 수행되며,
상기 경량철강은 상기 어닐링 공정 후 냉각을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되며, 마르텐사이트 부피 분율이 60% 이상인 상기 경량철강은 상기 템퍼링 공정을 거친 후 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이드가 석출물로 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강이다.
본 발명에 따른 경량철강은 주조직을 마르텐사이트로 하여 강도를 혁신적으로 높이는 효과가 있다.
The present invention contains components of manganese (Mn): 8-10% by weight, carbon (C): 0.2-0.4% by weight and aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight, and the balance iron (Fe) and other inevitable It contains impurities, and the lightweight steel is subjected to hot rolling and cold rolling processes, and then annealing process is performed at 900-1100°C, which is an austenite single phase region of Ac 3 or higher, and 100°C- after passing through the annealing process. Tempering process is performed at 150℃,
The lightweight steel is cooled after the annealing process so that the volume fraction of martensite is 60% or more, and the lightweight steel with a volume fraction of martensite of 60% or more has kappa precipitates, cementite, and epsilon inside the martensite after the tempering process. It is a martensitic precipitation hardening type lightweight steel characterized in that carbide is formed as a precipitate.
The lightweight steel according to the present invention has the effect of innovatively increasing the strength by using the main structure as martensite.

Description

마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법{MARTENSIT-BASED PRECIPITATION HARDENING TYPE LIGHTWEIGHT STEEL AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}Martensitic precipitation hardening type lightweight steel and its manufacturing method {MARTENSIT-BASED PRECIPITATION HARDENING TYPE LIGHTWEIGHT STEEL AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 고강도 경량철강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 저온에서의 카파석출 및 마르텐사이트를 주 조직으로 형성하는 고강도 마르텐사이트계 경량철강에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength lightweight steel and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a high-strength martensitic lightweight steel that forms kappa precipitation and martensite as a main structure at a low temperature.

본 발명은 저비중과 고강도가 요구되는 자동차 강판, 자동차의 범퍼 임팩트 빔이나 필라 같은 충격 흡수재에 이용되는 고강도 탄소강을 대체하는 마르텐사이트계 경량철강의 합금설계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 석출경화에 의해 항복강도 1.0 GPa 이상, 인장강도 1.5 GPa 이상의 초고강도를 갖는 마르텐사이트계 경량철강과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alloy design of martensitic lightweight steel to replace high-strength carbon steel used in shock absorbers such as automobile steel plates, bumper impact beams and pillars of automobiles requiring low specific gravity and high strength. More specifically, it relates to a martensitic lightweight steel having a yield strength of 1.0 GPa or more and a tensile strength of 1.5 GPa or more by precipitation hardening, and a method of manufacturing the same.

최근 대기오염과 같은 환경문제가 대두되면서 자동차의 연비 효율을 높이기 위한 많은 방법이 제기되고 있다. 특히 자동차의 경량화가 중요한 부분으로 부각되면서 높은 성형성 뿐만 아니라 높은 강도를 가지는 고강도 강판이 요구되고 있다.Recently, as environmental problems such as air pollution have emerged, many methods have been proposed to increase the fuel efficiency of automobiles. In particular, as the weight reduction of automobiles emerges as an important part, high-strength steel sheets having high strength as well as high formability are required.

또한 범퍼 보강재 혹은 도어내의 충격 흡수재와 같은 자동차 부품은 승객 안전과 직접적으로 관계되는 부품이기 때문에 인장강도 980 MPa 이상의 초고강도 강판이 사용되고 있고, 고강도를 가져야 한다. 이러한 부품도 마찬가지로 높은 강도의 강을 사용하는 비율이 증가함에 따라 고강도 강의 상업화에 대한 연구가 증가하고 있는 실정이다.In addition, since automobile parts such as bumper reinforcement or shock absorbers in doors are parts directly related to passenger safety, ultra-high-strength steel plates having a tensile strength of 980 MPa or more are used and must have high strength. As for these parts, as the rate of using high-strength steel increases, research on commercialization of high-strength steel is increasing.

이러한 사회적 요구에 따라 중 망간강에 알루미늄을 첨가한 경량철강에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 경량철강은 주조직이 오스테나이트 또는 페라이트로 우수한 연신율과 알루미늄 첨가에 따른 저비중을 지니고 있으나, 낮은 강도가 문제로 대두되고 있다. 이러한 경량철강의 낮은 강도를 보완하고자 연구는 진행되어지고 있으나, 1GPa이상의 강도를 얻기 위한 뚜렷한 방안이 없으며, 경량철강의 주조직이 마르텐사이트인 연구는 전무한 현실이다.In accordance with these social demands, studies on lightweight steels with aluminum added to the middle manganese steel are being actively conducted. Lightweight steel is mainly composed of austenite or ferrite, and has excellent elongation and low specific gravity due to the addition of aluminum, but low strength is emerging as a problem. Although research is being conducted to complement the low strength of such lightweight steel, there is no clear plan for obtaining strength of 1 GPa or more, and there is no research in which the main structure of lightweight steel is martensite.

(문헌 1) 한국공개특허공보 제10-2018-0070940호 (2018.06.27)(Document 1) Korean Patent Application Publication No. 10-2018-0070940 (2018.06.27)

본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강은 다음과 같은 해결과제를 가진다.The martensitic precipitation hardening lightweight steel according to the present invention has the following challenges.

첫째, 기존 경량철강과는 달리 주조직을 마르텐사이트로 하여 강도를 혁신적으로 높이는 효과가 있다.First, unlike existing lightweight steel, it has the effect of innovatively increasing the strength by using the main structure as martensite.

둘째, 알루미늄을 첨가함에 따라 경량화 및 석출물(카파석출물, 시멘타이트, 입실론카바이드)의 생성 효과가 있다.Second, the addition of aluminum has the effect of reducing weight and generating precipitates (kappa precipitates, cementite, epsilon carbide).

셋째, 저온 템퍼링을 통하여 석출물들을 미세하게 석출시켜, 강도를 향상시키는 효과가 있다.Third, there is an effect of improving the strength by finely depositing the precipitates through low temperature tempering.

넷째, 잔류 오스테나이트가 존재함으로써 변형 중 변태유기소성(트립)현상이 발생하여 연신율을 증가시키는 효과가 있다.Fourth, due to the presence of retained austenite, metamorphic organic plasticity (trip) occurs during deformation, thereby increasing the elongation.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다. The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함한다.The martensitic precipitation-hardening lightweight steel according to the present invention contains components of manganese (Mn): 8-10% by weight, carbon (C): 0.2-0.4% by weight, and aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight, It contains the balance iron (Fe) and other inevitable impurities.

본 발명에 있어서, 경량철강에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유될 수 있다.In the present invention, at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), nickel (Ni) and vanadium (V) in the lightweight steel is 0.001-5.0 weight % May contain more.

본 발명에 있어서, 경량철강은 열간압연 및 냉간압연 공정을 거친 후, Ac3 이상의 오스테나이트 단상 영역인 900-1100℃에서 어닐링 공정이 수행될 수 있다.In the present invention, the lightweight steel may be subjected to a hot-rolling and cold-rolling process, and then an annealing process at 900-1100°C, which is an austenite single-phase region of Ac 3 or higher.

본 발명에 있어서, 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행될 수 있다.In the present invention, the annealing process may be performed in a temperature range in which the volume fraction of austenite is 80% or more.

본 발명에 있어서, 어닐링 후 냉각을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 될 수 있다.In the present invention, the volume fraction of martensite may be 60% or more by cooling after annealing.

본 발명에 있어서, 잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성될 수 있다.In the present invention, the volume fraction of retained austenite may be formed up to 20%.

본 발명에 있어서, 어닐링시 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the ferrite formed during annealing remains and has a volume fraction of at most 20%.

본 발명에 있어서, 마르텐사이트 부피 분율이 60% 이상인 상기 경량철강은 템퍼링 공정을 거친 후 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이드가 석출물로 형성될 수 있다.In the present invention, the lightweight steel having a volume fraction of martensite of 60% or more may have kappa precipitates, cementite, and epsilon carbide precipitates formed inside martensite after a tempering process.

본 발명에 있어서, 경량철강의 항복강도는 1.0 GPa 이상, 인장강도는 1.5 GPa 이상, 연신율은 15% 이상인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the yield strength of the lightweight steel is 1.0 GPa or more, the tensile strength is 1.5 GPa or more, and the elongation is 15% or more.

본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하는 조성합금 또는 상기 조성에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 조성합금을 가열하여 균질화하는 S1 단계; 상기 균질화된 조성합금을 오스테나이트 단상영역의 온도구간인 1000℃-1200℃에서 기 설정된 시간동안 재가열을 하고, Ac3온도~1000℃에서 열간 마무리 압연을 실시한 후, Ms온도~Ac3 온도에서 권취하고, 서냉하며 열연강판을 제조하는 S2 단계; 상기 S2 단계를 거친 강판에 상온에서 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 제조하는 S3 단계; 상기 S3 단계를 거친 강판이 900℃-1100℃에서 기 설정된 시간동안 가열되며 어닐링되는 S4 단계; 및 상기 S4 단계를 거친 강판이 100℃-150℃에서 템퍼링되는 S5 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing method of martensitic precipitation-hardening lightweight steel according to the present invention comprises components of manganese (Mn): 8-10% by weight, carbon (C): 0.2-0.4% by weight, and aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight. Containing, and remaining iron (Fe) and other unavoidably contained impurities or a composition alloy containing titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), nickel (Ni) and Step S1 of homogenizing by heating a composition alloy further containing 0.001-5.0% by weight of at least one selected from the group consisting of vanadium (V); The homogenized composition alloy is reheated for a preset time at 1000℃-1200℃, which is the temperature range of the single-phase austenite region, and hot finish rolling was performed at Ac 3 temperature ~ 1000℃, and then wound at Ms temperature ~ Ac 3 temperature. Taking, slow cooling and S2 step of manufacturing a hot-rolled steel sheet; Step S3 of producing a cold-rolled steel sheet by performing cold rolling at room temperature on the steel sheet that has undergone the step S2; Step S4 in which the steel sheet passing through the step S3 is heated and annealed at 900°C-1100°C for a preset time; And it may include the step S5 of the steel sheet subjected to the step S4 is tempered at 100 ℃ -150 ℃.

본 발명에 있어서, S1 단계의 균질화는 1000℃-1400℃에서 수행될 수 있다.In the present invention, the homogenization of step S1 may be performed at 1000° C.-1400° C.

본 발명에 있어서, S2 단계의 서냉시 Ms온도 이하에서 마르텐사이트 변태가 시작되며, 상기 S2 단계를 거친 강판의 상온에서의 최종 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및 오스테나이트의 4상인 것이 바람직하다.In the present invention, the martensite transformation starts below the temperature Ms during the slow cooling of the step S2, and the final microstructure at room temperature of the steel sheet passed through the step S2 is the four phases of tempered martensite, bainite, ferrite and austenite. It is desirable.

본 발명에 있어서, 서냉시 마르텐사이트 내부에 시멘타이트가 석출될 수 있다.In the present invention, cementite may precipitate inside martensite during slow cooling.

본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행될 수 있다.In the present invention, the annealing process of step S4 may be performed in a temperature range in which the volume fraction of austenite is 80% or more.

본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정의 열처리시간은 합금원소가 균일하게 고용되는 시간인 것이 바람직하다.In the present invention, the heat treatment time of the annealing process in step S4 is preferably a time during which the alloying elements are uniformly dissolved.

본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정의 냉각속도는 50~200℃/초이며, 상온까지 냉각될 수 있다.In the present invention, the cooling rate of the annealing process in step S4 is 50 to 200°C/sec, and it can be cooled to room temperature.

본 발명에 있어서, 냉각후 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the volume fraction of martensite is 60% or more after cooling.

본 발명에 있어서, 잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성될 수 있다.In the present invention, the volume fraction of retained austenite may be formed up to 20%.

본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정에서 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the ferrite formed in the annealing process of step S4 remains, and the volume fraction is at most 20%.

본 발명에 있어서, S5 단계에서 템퍼링시 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이드가 석출물로 형성될 수 있다.In the present invention, kappa precipitates, cementite, and epsilon carbide may be formed as precipitates in martensite during tempering in step S5.

본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강은 다음과 같은 해결과제를 가진다.The martensitic precipitation hardening lightweight steel according to the present invention has the following challenges.

첫째, 기존 경량철강과는 달리 주조직을 마르텐사이트로 하여 강도를 혁신적으로 높이는 효과가 있다.First, unlike existing lightweight steel, it has the effect of innovatively increasing the strength by using the main structure as martensite.

둘째, 알루미늄을 첨가함에 따라 경량화 및 석출물(카파석출물, 시멘타이트, 입실론카바이드) 생성 효과가 있다.Second, the addition of aluminum has the effect of reducing weight and generating precipitates (kappa precipitates, cementite, epsilon carbide).

셋째, 저온 템퍼링을 통하여 석출물들을 미세하게 석출시켜, 강도를 향상시키는 효과가 있다.Third, there is an effect of improving the strength by finely depositing the precipitates through low temperature tempering.

넷째, 잔류 오스테나이트가 존재함으로써 변형 중 변태유기소성(트립)현상이 발생하여 연신율을 증가시키는 효과가 있다.Fourth, due to the presence of retained austenite, metamorphic organic plasticity (trip) occurs during deformation, thereby increasing the elongation.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다. The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 조성과 제조 및 열처리 공정을 도식화한 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 TCFE 9 프로그램을 이용한 온도에 따른 미세조직의 분율을 열역학적으로 계산한 결과를 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강(Fe-8.8Mn-0.31C-5.0Al)의 1100도 재가열 직후 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링에 따른 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링 온도에 따른 석출물을 나타내는 SEM 사진이다.
도 10 내지 도 11은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링 온도에 따른 석출물을 나타내는 TEM 사진이다.
도 12은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링 온도에 따른 인장 성질을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 100℃ 템퍼링 시편에서의 변형율에 따른 미세조직의 변화를 나타내는 사진이다.
1 is a diagram schematically illustrating the composition and manufacturing and heat treatment process of a martensitic precipitation hardening type lightweight steel according to the present invention.
2 is a diagram showing the result of thermodynamically calculating the fraction of microstructure according to temperature using the TCFE 9 program of the martensitic precipitation hardening type lightweight steel according to the present invention.
3 is a photograph showing the microstructure of the martensitic precipitation hardening light steel (Fe-8.8Mn-0.31C-5.0Al) immediately after reheating at 1100 degrees according to the present invention.
4 to 6 are photographs showing the microstructure according to tempering of the martensitic precipitation hardening type lightweight steel according to the present invention.
7 to 9 are SEM photographs showing the precipitates according to the tempering temperature of the martensitic precipitation-hardening lightweight steel according to the present invention.
10 to 11 are TEM photographs showing precipitates according to the tempering temperature of the martensitic precipitation-hardening lightweight steel according to the present invention.
12 is a graph showing the tensile properties according to the tempering temperature of the martensitic precipitation hardening light steel according to the present invention.
13 is a photograph showing a change in microstructure according to a strain rate in a tempered specimen at 100° C. of a martensitic precipitation hardening type lightweight steel according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. As those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be easily understood, the following embodiments may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. As far as possible, the same or similar parts are indicated using the same reference numerals in the drawings.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used in this specification is for referring only to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. Singular forms as used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used herein, the meaning of "comprising" specifies a particular characteristic, region, integer, step, action, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, action, element, component and/or It does not exclude the presence or addition of the military.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used in the present specification have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms defined in the dictionary are further interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.

일반적으로 철강을 경량화하기 위하여, 알루미늄(Al)을 많이 이용하고 있다. 그런데 알루미늄(Al)은 본래적으로 강도가 취약한 문제점이 제기된다. In general, in order to lighten steel, aluminum (Al) is widely used. However, aluminum (Al) inherently poses a problem of weak strength.

이에 종래기술은 알루미늄 합금에서 형성되는 카파석출물(kappa carbide) 등을 활용하여 일정한 강도를 만족시켰다. 이를 위하여, 상변태 중에 형성되는 오스테나이트와 페라이트를 유지하면서, 카파석출물(kappa carbide)을 형성시키는 방식으로 강도를 보완하여 왔다.Accordingly, the prior art satisfies a certain strength by utilizing kappa carbide formed from an aluminum alloy. To this end, the strength has been supplemented by forming kappa carbide while maintaining austenite and ferrite formed during phase transformation.

한편, 합금강의 강도 관점에서 '마르텐사이트' 조직이 고강도에 중요한 역할을 하는 것은 주지의 사실이다. 그런데 종래기술은 알루미늄-망간 합금에서 마르텐사이트를 주 조직으로 어떻게 형성시킬지는 알지 못하였다. 보다 정확히는, 종래기술에서도 마르텐사이트가 일부 형성이 되기는 하나, 강도에 영향을 미칠 정도로 유의미한 비율로 형성시키지는 못하였다. 그래서 종래기술은 차라리 오스테이나트 단일조직으로 상변화시키는 것을 선택하였다.On the other hand, it is a well-known fact that the'martensite' structure plays an important role in high strength from the viewpoint of the strength of alloy steel. However, the prior art did not know how to form martensite as a main structure in an aluminum-manganese alloy. More precisely, although some of the martensite was formed in the prior art, it was not formed in a significant proportion to affect the strength. Therefore, the prior art chose to phase change into a single tissue of Ostaynat.

하지만, 본 발명은 마르텐사이트를 주 조직으로 형성시키고, 나아가 석출물들도 형성시켜, 초고강도를 구현하는 기술을 제시한다.However, the present invention proposes a technique for realizing ultra-high strength by forming martensite as a main structure and further forming precipitates.

본 명세서에서의 %는 중량%(wt%)를 의미한다. In the present specification,% means% by weight (wt%).

본 명세서에서는 기존 고강도 탄소강을 대체하는 카파석출물의 석출 및 잔류 오스테나이트의 트립 현상에 따른 초고강도 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 을 제시한다. 이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.In this specification, an ultra-high strength martensitic precipitation hardening type lightweight steel according to the precipitation of kappa precipitates and the trip phenomenon of retained austenite, which replaces the existing high-strength carbon steel, is presented. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

(1) 중망간계 합금 설계(1) Medium manganese alloy design

본 발명에 따른 합금은, 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하여 조성된다.The alloy according to the present invention contains components of manganese (Mn): 8-10% by weight, carbon (C): 0.2-0.4% by weight, and aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight, and the balance iron (Fe ) And other inevitable impurities.

상기 합금에는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0중량% 더 함유될 수 있다.The alloy may further contain 0.001-5.0% by weight of at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), nickel (Ni) and vanadium (V). have.

이하, 상기한 강의 화학성분 범위의 한정 이유에 대하여 설명한다.Hereinafter, the reason for limiting the chemical composition range of the above-described steel will be described.

망간(Mn) : 8-10 중량%Manganese (Mn): 8-10% by weight

8-10 중량% Mn 함량을 통해 고온에서 오스테나이트의 안정성을 향상시켜, 냉각 중 페라이트 변태를 억제하여 상온에서 부피분율 60% 이상의 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있다. By improving the stability of austenite at high temperature through 8-10% by weight of Mn content, it is possible to suppress ferrite transformation during cooling, thereby obtaining a martensite structure having a volume fraction of 60% or more at room temperature.

만약, Mn 함량이 명시된 8 중량% 미만이면, 오스테나이트 안정성이 떨어져서, 열간 압연 이후 냉각 도중 페라이트가 생성 되어 상온에서 마르텐사이트 분율이 60% 이하로 떨어진다. 반면, Mn 함량이 10 중량%를 초과한다면, 어닐링에서 형성되는 고온의 오스테나이트가 안정해져서, 냉각시 마르텐사이트 변태가 잘 일어나지 않게 된다. 마르텐사이트 분율이 적어지면, 강재의 강도가 저하된다. 또한, 원재료비 및 제조비용의 증가를 가져올 뿐만 아니라 Mn 산화물이 표면에 형성되어 용접성이 저하되고 게재물인 MnS 다량으로 형성되는 문제가 발생할 수 있다. MnS 개재물은 취성이 강한 개재물로서 다량 형성 시 성형 중 급격한 파괴를 일으킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 Mn 함량을 8-10 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.If the Mn content is less than the specified 8% by weight, the austenite stability is deteriorated, and ferrite is formed during cooling after hot rolling, and the martensite fraction falls below 60% at room temperature. On the other hand, if the Mn content exceeds 10% by weight, high-temperature austenite formed in annealing becomes stable, and martensite transformation does not occur during cooling. When the martensite fraction decreases, the strength of the steel material decreases. In addition, not only increases the raw material cost and manufacturing cost, but also causes a problem in that Mn oxide is formed on the surface, resulting in a decrease in weldability and formation of a large amount of MnS, which is a publication. MnS inclusions are strong brittle inclusions and can cause rapid destruction during molding when a large amount is formed. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the Mn content to 8-10% by weight.

탄소(C) : 0.2-0.4 중량%Carbon (C): 0.2-0.4% by weight

0.2-0.4 중량%의 C 함량을 통해 고온에서 오스테나이트의 안정성을 확보할 수 있고, 상온에서 마르텐사이트 내부에 고용되어 강도를 향상시킬 수 있다. Through the C content of 0.2-0.4% by weight, the stability of austenite can be secured at high temperature, and the strength can be improved by being dissolved in martensite at room temperature.

만약 C 함량이 명시된 0.2% 미만이면, 오스테나이트의 안정성이 떨어져 냉각 도중 페라이트가 생성될 가능성이 있고, 마르텐사이트 내부 고용 C이 적어져 강도가 낮아질 수 있다. 반면에, 만약 C 함량이 0.4%를 초과하면, 열간압연 강판의 강도가 증가하여 냉간압연성이 떨어져 강도가 미달될 가능성이 있고, 용접성도 저하될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 C 함량을 0.2-0.4 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.If the C content is less than the specified 0.2%, there is a possibility that ferrite may be formed during cooling due to a decrease in the stability of austenite, and the strength may be lowered due to less solid solution C in martensite. On the other hand, if the C content exceeds 0.4%, the strength of the hot-rolled steel sheet increases, and the cold-rolling property may decrease, and the weldability may decrease. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the C content to 0.2-0.4% by weight.

알루미늄(Al) : 4.0-7.0 중량%Aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight

Al은 페라이트 안정화 원소이기는 하나, 경량화 목적으로 첨가한다. 1% 첨가시 약 1.6%의 비중 감소 효과를 가진다. Al은 탄소, 망간과 결합하여 페로브스카이트 구조 석출물인 카파석출물을 생성한다. 또한 탈산 작용을 하여 강의 청정성 향상시키는 원소로서도 첨가한다. Although Al is a ferrite stabilizing element, it is added for the purpose of weight reduction. When 1% is added, it has the effect of reducing the specific gravity of about 1.6%. Al combines with carbon and manganese to form a kappa precipitate, which is a perovskite structure precipitate. It is also added as an element that improves the cleanliness of steel by acting as a deoxidation.

만약 Al 함량이 4.0 중량% 미만이면, 밀도 감소가 적어 경량화 효과가 줄어들고, 카파석출물 생성이 어려워진다. 반면 Al 함량이 7.0 중량%를 초과하면, 오스테나이징의 온도 증가, 원재료비 및 제조비용의 증가, 연속주조, 용접 및 도금의 어려움 등의 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 Al 함량을 4.0-7.0 중량% 로 제한하는 것이 바람직하다.If the Al content is less than 4.0% by weight, the reduction in density is small, thus reducing the weight reduction effect, and it is difficult to produce kappa precipitates. On the other hand, if the Al content exceeds 7.0% by weight, problems such as an increase in austenizing temperature, an increase in raw material costs and manufacturing costs, and difficulties in continuous casting, welding and plating may occur. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the Al content to 4.0-7.0% by weight.

Ti, Nb, Mo, Cr, Ni 및 V 중 1종 이상 합: 0.001-5.0 중량%Sum of at least one of Ti, Nb, Mo, Cr, Ni, and V: 0.001-5.0% by weight

티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)은 경화능 및 석출강화 효과로, 고강도를 더욱 확보할 수 있는 효과가 큰 원소들이다. 0.001 중량% 미만에서는 충분한 경화능 및 석출강화 효과를 기대하기 어렵고, 5.0 중량%를 초과하게 되면, 석출물이 다량으로 형성되어서 마르텐사이트 내부의 고용된 탄소의 함량이 감소하게 되고, 결국 마르텐사이트의 강도를 저하시키게 된다. 또한, 미량 합금원소의 높은 가격으로 인해 제조비용이 상승한다. 따라서 본 발명에서는 그 함량을 0.001-5.0 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.Titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), nickel (Ni), and vanadium (V) are elements with a great effect of securing high strength with hardenability and precipitation strengthening effect. . If it is less than 0.001% by weight, it is difficult to expect sufficient hardenability and precipitation strengthening effect, and if it exceeds 5.0% by weight, a large amount of precipitate is formed and the content of dissolved carbon in martensite decreases, and eventually the strength of martensite Will degrade. In addition, manufacturing costs increase due to the high price of trace alloying elements. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the content to 0.001-5.0% by weight.

본 발명에 따른 경량철강은 열간압연 및 냉간압연 공정을 거친 후, Ac3 이상의 오스테나이트 단상 영역인 900-1100℃에서 어닐링 공정이 수행될 수 있다.The lightweight steel according to the present invention may be subjected to a hot-rolling and cold-rolling process, and then an annealing process at 900-1100°C, which is an austenite single-phase region of Ac 3 or higher.

본 발명에 따른 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행될 수 있다.The annealing process according to the present invention may be performed in a temperature range in which the volume fraction of austenite is 80% or more.

본 발명에 있어서, 어닐링 후 냉각(급냉)을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되는 것이 바람직하다. 이때 잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the volume fraction of martensite is 60% or more by cooling (quenching) after annealing. At this time, it is preferable that the volume fraction of retained austenite is at most 20%.

본 발명에 있어서, 어닐링시 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the ferrite formed during annealing remains and has a volume fraction of at most 20%.

본 발명에 따른 경량철강의 항복강도는 1.0 GPa 이상이고, 인장강도는 1.5 GPa 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the yield strength of the lightweight steel according to the present invention is 1.0 GPa or more, and the tensile strength is 1.5 GPa or more.

(2) 제조방법(2) Manufacturing method

이하에서는 본 발명에 따른 경량철강의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a lightweight steel according to the present invention will be described.

본 발명에 있어서, 초고강도 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 제조 방법은 열간 및 냉간압연 조건, 어닐링 조건, 템퍼링 조건을 포함한다.In the present invention, the method for manufacturing ultra-high strength martensitic precipitation hardening lightweight steel includes hot and cold rolling conditions, annealing conditions, and tempering conditions.

본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하는 조성합금 또는 상기 조성에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 조성합금을 가열하여 균질화하는 S1 단계; 상기 균질화된 조성합금을 오스테나이트 단상영역의 온도구간인 1000-1200℃에서 기 설정된 시간동안 재가열을 하고, Ac3온도~1000℃에서 열간 마무리 압연을 실시한 후, Ms온도~Ac3 온도에서 권취하고, 냉각하며 열연강판을 제조하는 S2 단계; 상기 S2 단계를 거친 강판에 상온에서 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 제조하는 S3 단계; 상기 S3 단계를 거친 강판이 900-1100℃에서 기 설정된 시간동안 가열되며 어닐링되는 S4 단계; 및 상기 S4 단계를 거친 강판이 100-150℃에서 템퍼링되는 S5 단계를 포함한다.The manufacturing method of martensitic precipitation-hardening lightweight steel according to the present invention comprises components of manganese (Mn): 8-10% by weight, carbon (C): 0.2-0.4% by weight, and aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight. Containing, and remaining iron (Fe) and other unavoidably contained impurities or a composition alloy containing titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), nickel (Ni) and Step S1 of homogenizing by heating a composition alloy further containing 0.001-5.0% by weight of at least one selected from the group consisting of vanadium (V); The homogenized composition alloy is reheated at 1000-1200°C, which is the temperature range of the single-phase austenite region, for a preset time , hot finish rolling at Ac 3 temperature ~ 1000°C, and then wound at Ms temperature ~ Ac 3 temperature. , S2 step of cooling and manufacturing a hot-rolled steel sheet; Step S3 of producing a cold-rolled steel sheet by performing cold rolling at room temperature on the steel sheet that has undergone the step S2; Step S4 in which the steel sheet passed through the step S3 is heated and annealed at 900-1100°C for a preset time; And it includes a step S5 of the steel sheet subjected to the step S4 is tempered at 100-150 ℃.

(2.1) 열간압연 및 냉간압연 조건(2.1) Hot-rolled and cold-rolled conditions

본 발명의 상기 조성 합금을 용해 이후, 강 내 균일한 합금원소 분포를 위하여 주조된 괴를 1000-1400℃에서 12시간 균질화를 실시한다(S1 단계). 상기 가열온도가 1000℃ 미만이면, 연주 조직의 균질화가 충분히 확보되지 않는다. 1400℃를 초과하면, 제조비용의 상승이 발생한다.After dissolving the composition of the alloy of the present invention, the cast ingot is homogenized at 1000-1400° C. for 12 hours for uniform distribution of alloy elements in the steel (step S1). If the heating temperature is less than 1000° C., homogenization of the playing structure is not sufficiently ensured. If it exceeds 1400°C, an increase in manufacturing cost occurs.

이후, 오스테나이트 단상영역인 1000-1200도에서 1시간동안 재가열을 실시한다. Ac3 온도 이상 1000도 이하에서 열간 마무리압연을 실시한다. 이후, Ac3 이하 Ms 온도(마르텐사이트 생성 시작온도) 이상에서 권취하고 냉각(서냉)한다. After that, reheating is carried out for 1 hour in the austenite single phase region of 1000-1200 degrees. Hot finish rolling is carried out at the temperature of Ac 3 or higher and below 1000 degrees Celsius. Thereafter, it is wound up and cooled (slow cooling) at a temperature of Ac 3 or less Ms (martensite generation start temperature) or higher.

냉각(서냉) 시, Ms 온도를 지나면서 오스테나이트가 마르텐사이트 변태를 시작한다. 이때, 마르텐사이트는 bct(body centered tetragonal) 결정구조로 전위가 내부에 많이 형성되며 탄소 확산이 빨라진다. 따라서, 냉각(서냉) 시 마르텐사이트 내부에 시멘타이트가 석출된다. S2 단계를 거친 강판의 상온에서의 최종 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및 오스테나이트의 4상으로 이루어진다.Upon cooling (slow cooling), austenite begins to transform into martensite as it passes the Ms temperature. At this time, martensite has a body centered tetragonal (bct) crystal structure, and a large amount of dislocation is formed therein, and carbon diffusion is accelerated. Therefore, during cooling (slow cooling), cementite is deposited inside martensite. The final microstructure at room temperature of the steel sheet after step S2 is composed of four phases of tempered martensite, bainite, ferrite and austenite.

이후, 상기 열간 압연판은 추가적으로 상온에서 냉간 압연을 실시하여 냉간 압연 강판을 제조할 수 있다. 이어서 냉연강판은 550-750℃에서 1-5분 소둔(annealing) 열처리가 포함될 수 있다.Thereafter, the hot-rolled sheet may be additionally cold-rolled at room temperature to manufacture a cold-rolled steel sheet. Subsequently, the cold-rolled steel sheet may include annealing heat treatment for 1-5 minutes at 550-750°C.

(2.2) 어닐링 조건(2.2) Annealing conditions

상기 합금은 900-1100℃에서 합금원소들이 충분히 고용될 만큼의 시간동안 가열한다. 이는 강도 향상에 가장 중요한 역할을 하는 마르텐사이트 미세조직을 최대치를 얻기 위한 열처리 조건으로, 열역학적 계산을 결과를 통하여 오스테나이트 부피분율이 80% 이상인 온도 영역을 기준으로 한다. 열처리 시간은 합금원소가 모두 균일하게 고용될 때까지로 하고 냉각속도 50-200℃/초로 상온까지 냉각(급냉)한다. 50℃/초 미만의 경우, 고온의 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하지 못 하여 마르텐사이트의 분율이 적어져 강도가 저하될 수 있다. 200℃/초를 초과하면 제조비용이 상승되므로 본 어닐링 후 냉각속도는 50-200℃/초로 제한하는 것이 바람직하다. 마르텐사이트로 변태하지 못한 오스테나이트는 상온에서 잔류 오스테나이트로 존재하게 되고, 어닐링 시 오스테나이트 외 형성된 페라이트는 냉각 중 잔류하여 상온에서 최대 20%의 부피분율로 존재하게 된다. The alloy is heated at 900-1100° C. for a period of time so that the alloying elements are sufficiently dissolved. This is a heat treatment condition for obtaining the maximum value of the martensite microstructure, which plays the most important role in improving the strength, and is based on a temperature range in which the volume fraction of austenite is 80% or more through thermodynamic calculation results. The heat treatment time is set until all alloying elements are uniformly dissolved, and cooling (quick cooling) is performed at a cooling rate of 50-200℃/sec to room temperature. In the case of less than 50° C./sec, high-temperature austenite cannot be transformed into martensite, and thus the fraction of martensite decreases, and the strength may decrease. If it exceeds 200℃/sec, the manufacturing cost increases, so it is preferable to limit the cooling rate to 50-200℃/sec after the main annealing. Austenite that cannot be transformed into martensite exists as residual austenite at room temperature, and ferrite formed outside of austenite during annealing remains during cooling and is present in a maximum volume fraction of 20% at room temperature.

(2.3) 템퍼링 조건(2.3) Tempering conditions

다음 석출물(카파석출물, 시멘타이트, 입실론카바이드)들의 생성온도영역인 100-300℃에서 석출물들이 석출되어 평형상에 이를 때 까지 템퍼링한다. 100℃ 미만의 온도에서는 석출물이 충분히 석출되지 않을 수 있으며, 300℃를 초과하면 석출물의 조대화로 인한 기계적 성질 저하 및 제조비용의 상승이 발생한다. The precipitates are precipitated in the temperature range of 100-300°C, which is the production temperature range of the next precipitates (kappa precipitates, cementite, epsilon carbide) and tempered until they reach equilibrium. If the temperature is less than 100°C, the precipitate may not be sufficiently precipitated. If the temperature exceeds 300°C, mechanical properties may decrease due to coarsening of the precipitate and increase in manufacturing cost.

따라서 템퍼링 조건은 100-300℃로 제한한다.Therefore, the tempering conditions are limited to 100-300℃.

종래연구에서는 카파 석출물을 석출시키기 위해서 높은 템퍼링(시효) 온도로서 400-600℃ 정도가 요구되었지만, 본 발명은 시멘타이트 효과도 같이 보기 위해서 더 낮은 템퍼링(시효) 온도인 100-150℃로 제한되는 것이 바람직하다.In prior studies, a high tempering (aging) temperature of 400-600°C was required to precipitate kappa precipitates, but the present invention is limited to a lower tempering (aging) temperature of 100-150°C in order to see the cementite effect as well. desirable.

종래연구에서는 인장강도가 1GPa 이상이고 연신율이 7% 이상인 것이 주된 결과물이었다. 그러나 본 발명은 마르텐사이트가 주 조직이면서 시멘타이트 및 카파석출물의 석출강화가 일어나는 인장강도 1.5 GPa, 연신율 15% 이상인 것을 특징으로 한다.In previous studies, the main results were that the tensile strength was 1 GPa or more and the elongation was 7% or more. However, the present invention is characterized in that martensite is the main structure and has a tensile strength of 1.5 GPa and an elongation of 15% or more at which precipitation of cementite and kappa precipitates occur.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 재가열온도 1150-1250℃ 온도범위에서 2시간 가열하고 열간압연을 실시하였다. 이때, 열간압연은 900-1100℃에서 열간압연을 종료하였으며 로냉하였다. 제조한 열연판은 1100℃에서 15분간 재가열하고 수냉하였다. 이러한 공정 및 열처리 조건을 도 1에 자세히 나타내었다. 재가열 온도는 TCFE9 프로그램을 이용한 열역학적 계산 통해 최대 오스테나이트 분율 영역을 보인 1100℃에서 실시하였고, 열역학적 계산 결과를 도 2에 나타내었다.The steel slab composition as shown in Table 1 below was heated for 2 hours at a reheating temperature of 1150-1250°C for 2 hours, and hot rolling was performed. At this time, the hot rolling was terminated at 900-1100°C, and cooled by furnace. The prepared hot-rolled sheet was reheated at 1100°C for 15 minutes and cooled with water. These processes and heat treatment conditions are shown in detail in FIG. 1. The reheating temperature was performed at 1100° C. showing the maximum austenite fraction region through thermodynamic calculation using the TCFE9 program, and the thermodynamic calculation results are shown in FIG. 2.

수냉한 열연판의 미세조직은 도 3에 나타난다.The microstructure of the water-cooled hot-rolled sheet is shown in FIG. 3.

강종Steel grade FeFe MnMn CC AlAl SS PP 발명강Invention River BaseBase 8.88.8 0.310.31 5.05.0 0.0020.002 0.0030.003

이렇게 제조된 열연판을 이용하여 석출물을 석출시키기 위해 템퍼링을 진행하였다. 템퍼링 온도 범위는 60℃에서 400℃로 지정하였으며, 시간은 100분으로 동일하게 진행하였다. 템퍼링 온도에 따른 미세조직을 도 4 내지 도 6에 나타내었다. 템퍼링 전 미세조직과 달리 템퍼링 온도가 증가할수록 마르텐사이트 내부에 석출물영역이 뚜렷하게 구분되며 넓어지는 것을 확인하였다. Tempering was performed to precipitate precipitates using the thus prepared hot-rolled sheet. The tempering temperature range was specified from 60°C to 400°C, and the time was the same as 100 minutes. The microstructure according to the tempering temperature is shown in FIGS. 4 to 6. Unlike the microstructure before tempering, it was confirmed that as the tempering temperature increased, the precipitated area was clearly distinguished and widened inside the martensite.

한편, 템퍼링은 60-400℃로 온도를 변화하면서 수행되었는데, 본 발명에서 요구되는 물성이 충족이 되는 영역은 100-150℃임을 확인하였다.On the other hand, the tempering was performed while changing the temperature to 60-400°C, and it was confirmed that the area in which the physical properties required in the present invention are satisfied is 100-150°C.

템퍼링 온도에 따른 석출물 분석 위해 SEM 분석을 진행하였다. SEM 관찰 사진은 도 7 내지 도 9에 나타난다. 템퍼링 전의 경우 석출물이 존재 하지 않음을 확인하였고, 100℃ 템퍼링 시편의 경우 15-30 nm 두께의 석출물이 10-20 nm 간격으로 마르텐사이트 내부에 석출되었다. 반면에 300℃ 템퍼링 시편의 경우 150-200 nm의 석출물이 400 nm 이상의 간격으로 마르텐사이트 내부에 석출되었음을 확인하였다.SEM analysis was performed to analyze the precipitate according to the tempering temperature. SEM observation pictures are shown in FIGS. 7 to 9. Before tempering, it was confirmed that no precipitate was present, and in the case of a 100°C tempered specimen, a 15-30 nm thick precipitate was precipitated in the martensite at 10-20 nm intervals. On the other hand, in the case of the tempered specimen at 300°C, it was confirmed that precipitates of 150-200 nm were precipitated in the martensite at intervals of 400 nm or more.

보다 더 자세한 석출물 분석을 위해 TEM 분석을 진행하였다. TEM 관찰 사진은 도 10 및 도 11에 나타난다. 100℃ 템퍼링 시편의 경우 회절패턴 분석을 통해 15-30 nm 두께의 미세한 석출물은 시멘타이트로 관찰되었다. 300℃ 템퍼링 시편의 경우 150-200 nm 두께의 석출물은 카파 탄화물이 형성되었을 확인하였다.TEM analysis was performed for more detailed analysis of the precipitate. TEM observation photographs are shown in FIGS. 10 and 11. In the case of the tempered specimen at 100°C, fine precipitates having a thickness of 15-30 nm were observed as cementite through diffraction pattern analysis. In the case of the 300°C tempered specimen, it was confirmed that kappa carbide was formed in the precipitates having a thickness of 150-200 nm.

기계적 성질을 확인하기 위해 인장실험을 진행하였다. 발명강의 각 온도에서 100분 템퍼링에 따른 인장곡선을 도 12에 나타내었다. 발명강의 100℃ 템퍼링 시편이 인장강도 1557 MPa, 연신율 17%로 가장 우수한 기계적 성질을 보였다. 이는 템퍼링에 따른 미세한 석출물의 석출로 강도가 향상됨을 확인할 수 있다. Tensile tests were conducted to confirm the mechanical properties. Fig. 12 shows a tensile curve according to tempering for 100 minutes at each temperature of the inventive steel. The 100℃ tempered specimen of Inventive Steel showed the best mechanical properties with a tensile strength of 1557 MPa and an elongation of 17%. It can be seen that the strength is improved by precipitation of fine precipitates due to tempering.

잔류 오스테나이트에서의 변태유기소성(트립) 현상을 분석하기 위해 in-situ EBSD 실험을 진행하였다. EBSD 관찰 사진은 도면 13에 나타난다. 인장 전 15.8%의 잔류 오스테나이트 부피분율이 10.5%, 6.2%, 4.1%로 변형율에 따라 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통하여 변태유기소성이 변형율에 따라 천천히 발생한다는 것을 확인하였다. In order to analyze the metamorphic organic plasticity (trip) phenomenon in the retained austenite, an in-situ EBSD experiment was conducted. A photograph of the EBSD observation is shown in Figure 13. It was confirmed that the residual austenite volume fraction of 15.8% before stretching decreased with the strain rate to 10.5%, 6.2%, and 4.1%. Through this, it was confirmed that metamorphic organic plasticity occurred slowly depending on the strain rate.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in the present specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, it is obvious that the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but to explain the technical idea, and thus the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these embodiments. Modification examples and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (20)

망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하며,
상기 경량철강은 열간압연 및 냉간압연 공정을 거친 후, Ac3 이상의 오스테나이트 단상 영역인 900-1100℃에서 어닐링 공정이 수행되고, 상기 어닐링 공정을 거친 후 100℃-150℃에서 템퍼링 공정이 수행되며,
상기 경량철강은 상기 어닐링 공정 후 냉각을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되며, 마르텐사이트 부피 분율이 60% 이상인 상기 경량철강은 상기 템퍼링 공정을 거친 후 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이드가 석출물로 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
Manganese (Mn): 8-10% by weight, carbon (C): 0.2-0.4% by weight and aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight, the balance iron (Fe) and other inevitably contained Contains impurities,
The lightweight steel is subjected to hot-rolling and cold-rolling processes, and an annealing process is performed at 900-1100°C, which is an austenite single phase region of Ac 3 or higher, and a tempering process is performed at 100°C-150°C after the annealing process. ,
The lightweight steel is cooled after the annealing process so that the volume fraction of martensite is 60% or more, and the lightweight steel with a volume fraction of martensite of 60% or more has kappa precipitates, cementite, and epsilon inside the martensite after the tempering process. Martensitic precipitation hardening lightweight steel, characterized in that carbide is formed as a precipitate.
청구항 1에 있어서,
상기 경량철강에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
The method according to claim 1,
0.001-5.0% by weight of at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), nickel (Ni) and vanadium (V) is further contained in the lightweight steel. Martensitic precipitation hardening type lightweight steel, characterized in that.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
The method according to claim 1,
The annealing process is a martensitic precipitation-hardening lightweight steel, characterized in that the austenite volume fraction is carried out in a temperature range of 80% or more.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
The method according to claim 1,
Martensitic precipitation hardening lightweight steel, characterized in that the volume fraction of retained austenite is formed up to 20%.
청구항 4에 있어서,
어닐링시 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
The method of claim 4,
Martensitic precipitation-hardening lightweight steel, characterized in that ferrite formed during annealing remains at a maximum volume fraction of 20%.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 경량철강의 항복강도는 1.0 GPa 이상, 인장강도는 1.5 GPa 이상, 연신율은 15% 이상인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
The method according to claim 1,
Martensitic precipitation hardening lightweight steel, characterized in that the yield strength of the lightweight steel is 1.0 GPa or more, tensile strength is 1.5 GPa or more, and elongation is 15% or more.
망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하는 조성합금 또는 상기 조성에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 조성합금을 가열하여 균질화하는 S1 단계;
상기 균질화된 조성합금을 오스테나이트 단상영역의 온도구간인 1000℃-1200℃에서 기 설정된 시간동안 재가열을 하고, Ac3온도~1000℃에서 열간 마무리 압연을 실시한 후, Ms온도~Ac3 온도에서 권취하고, 냉각하며 열연강판을 제조하는 S2 단계;
상기 S2 단계를 거친 강판에 상온에서 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 제조하는 S3 단계;
상기 S3 단계를 거친 강판이 900℃-1100℃에서 기 설정된 시간동안 가열되며 어닐링되는 S4 단계; 및
상기 S4 단계를 거친 강판이 100℃-150℃에서 템퍼링되는 S5 단계를 포함하며,
상기 S4 단계를 거친 강판은 어닐링 공정 후 냉각을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되며, 마르텐사이트 부피 분율이 60% 이상인 상기 강판은 S5 템퍼링 공정을 거친 후 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이드가 석출물로 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
Manganese (Mn): 8-10% by weight, carbon (C): 0.2-0.4% by weight and aluminum (Al): 4.0-7.0% by weight, the balance iron (Fe) and other inevitably contained A composition alloy containing impurities or at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), nickel (Ni) and vanadium (V) is 0.001- Step S1 of homogenizing by heating the composition alloy further contained 5.0% by weight;
The homogenized composition alloy is reheated for a preset time at 1000℃-1200℃, which is the temperature range of the single-phase austenite region, and hot finish rolling was performed at Ac 3 temperature ~ 1000℃, and then wound at Ms temperature ~ Ac 3 temperature. Taking, cooling, and S2 step of manufacturing a hot-rolled steel sheet;
Step S3 of producing a cold-rolled steel sheet by performing cold rolling at room temperature on the steel sheet that has undergone the step S2;
Step S4 in which the steel sheet passing through the step S3 is heated and annealed at 900°C-1100°C for a preset time; And
Including the step S5 of the steel sheet subjected to the step S4 is tempered at 100 ℃-150 ℃,
After the S4 step is cooled, the martensite volume fraction is 60% or more by cooling after the annealing process, and the steel sheet having a martensite volume fraction of 60% or more has kappa precipitates, cementite and A method of manufacturing a martensitic precipitation hardening type lightweight steel, characterized in that epsilon carbide is formed as a precipitate.
청구항 10에 있어서,
S1 단계의 균질화는 1000℃-1400℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 10,
Homogenization of step S1 is a method of manufacturing a martensitic precipitation hardening type lightweight steel, characterized in that the homogenization is carried out at 1000 ℃-1400 ℃.
청구항 10에 있어서,
S2 단계의 냉각시 Ms온도 이하에서 마르텐사이트 변태가 시작되며,
상기 S2 단계를 거친 강판의 상온에서의 최종 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및 오스테나이트의 4상인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 10,
When cooling in the S2 stage, martensite transformation starts below the Ms temperature,
The final microstructure at room temperature of the steel sheet after step S2 is a method of manufacturing a martensitic precipitation hardening lightweight steel, characterized in that the four phases of tempered martensite, bainite, ferrite and austenite.
청구항 12에 있어서,
상기 냉각시 마르텐사이트 내부에 시멘타이트가 석출되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 12,
A method of manufacturing a martensitic precipitation-hardening type lightweight steel, characterized in that cementite is precipitated in the martensite upon cooling.
청구항 10에 있어서,
S4 단계의 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 10,
The annealing process of step S4 is a method of manufacturing a martensitic precipitation hardening lightweight steel, characterized in that it is performed in a temperature range in which the volume fraction of austenite is 80% or more.
청구항 14에 있어서,
S4 단계의 어닐링 공정의 열처리시간은 합금원소가 균일하게 고용되는 시간인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 14,
The heat treatment time of the annealing process in step S4 is a time during which the alloying elements are uniformly dissolved. A method of manufacturing a martensitic precipitation hardening type lightweight steel.
청구항 14에 있어서,
S4 단계의 어닐링 공정의 냉각속도는 50~200℃/초이며, 상온까지 냉각되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 14,
The cooling rate of the annealing process in step S4 is 50 to 200°C/sec, and the method of manufacturing a martensitic precipitation hardening lightweight steel, characterized in that it is cooled to room temperature.
삭제delete 청구항 15에 있어서,
잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 15,
A method of manufacturing a martensitic precipitation hardening type lightweight steel, characterized in that the volume fraction of retained austenite is formed up to 20%.
청구항 14에 있어서,
S4 단계의 어닐링 공정에서 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
The method of claim 14,
A method of manufacturing a martensitic precipitation-hardening lightweight steel, characterized in that the ferrite formed in the annealing process of step S4 remains and has a volume fraction of at most 20%.
삭제delete
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