KR102455453B1 - 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판 - Google Patents

우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판 Download PDF

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고타로 하야시
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Abstract

성분 조성이, 질량%로, C: 0.05% 이상 0.30% 이하, Si: 0.05% 이상 6.00% 이하, Mn: 1.50% 이상 10.00% 이하, 잔부: Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 강판에 있어서, 강판 조직이, 면적률로, 페라이트: 15% 이상 80% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직: 합계로 20% 이상 85% 이하를 포함하고, 강판의 판 두께 t에 대하여, 강판의 판 두께 중심인 1/2t 위치 ~ 표면으로부터 깊이 3/8t의 위치까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상이고, 또한 해당 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판
본 발명은, 예를 들어 자동차의 보디 구조 부품을 비롯한 기계 구조 부품 등에 사용하는 강판, 구체적으로는 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판에 관한 것이다.
자동차를 비롯한 수송용 기계나 각종 산업 기계의 구조용 부재 등의 소재에 제공되는 강판에는 강도, 가공성, 인성 등의 우수한 기계적 특성이 요구된다. 근년, 자동차의 경량화의 관점에서 고강도 강판의 적용이 확대되고 있는데, 자동차용 부품의 대부분은 프레스 성형에 의하여 제조되므로, 고강도 강판에는 높은 강도와 동시에 우수한 성형성이 요구된다.
특히 자동차의 골격 부재인 멤버(서브프레임)나 레인포스(보강 부재)에 적용하는 고강도 강판에는 양호한 연성뿐 아니라 우수한 구멍 확장성이 요구된다.
그러나 일반적으로 인장 강도와 신장 플랜지성은 트레이드오프의 관계에 있어서, 인장 강도의 상승에 수반하여 신율과 구멍 확장성은 현저히 저하된다. 이 때문에 높은 인장 강도와 우수한 신율과 구멍 확장성 모두를 양립시키는 것은 용 이하지 않다. 이 때문에 고강도 강판에 있어서는, 신율과 구멍 확장성을 향상시키기 위하여 다양한 대책이 강구되어 있다.
높은 인장 강도와 우수한 신율과 구멍 확장성 모두를 실현하는 것이 곤란하다는 문제에 대하여 특허문헌 1에는, Mn과 B의 함유율을 (Mn+1300×B)≥2로 적정화하고, 강 조직을, 체적률 95.0 내지 99.5%의 페라이트상과 체적률 0.5 내지 5.0%의 저온 생성상을 갖는 복상으로 함으로써, 가공성이 우수한 340 내지 440㎫급의 복합 조직형 고장력 냉연 강판을 제조하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, Si를 적극적으로 첨가하고, 페라이트를 현저히 고용 강화하여 페라이트를 체적률 94% 이상 함유시키고, 제2 상의 마르텐사이트 체적률을 낮게 하고, 페라이트의 결정립계에 존재하는 탄화물 사이즈와 애스펙트비를 작게 하여 제조한, 인장 강도 TS가 590㎫ 이상인, 연성과 구멍 확장성이 우수한 강판이 개시되어 있다.
그러나 근년에 이르러 더 고강도의 강판, 인장 강도 TS로 780㎫ 이상의 강도를 갖는 고강도 강판이 요구되고 있다.
특허문헌 1이나 특허문헌 2로 대표되는 종래 기술에 있어서는, 성형성의 확보의 관점에서 강판 조직 중에 페라이트상을 94% 이상 함유할 필요가 있으므로, 상기 고강도를 확보하는 것이 어려워서 상기 요구에 부응할 수 없다는 문제가 생기고 있다.
그 때문에, 베이나이트, 마르텐사이트 혹은 잔류 오스테나이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직을 체적률 20% 이상 함유시켜 TS로 780㎫ 이상의 강도를 확보한 후에, 강판의 연성과 구멍 확장성의 양립을 검토해야 한다.
그러나 높은 제2 상 분율을 갖는 강판의 조직에 있어서는, 페라이트 모상이, 압연 방향으로 판상으로 연결되어 밴드상으로 늘어선 조직(이하, 「밴드상 조직」이라 하는 일이 있음)으로 된다. 페라이트의 밴드상 조직에 있어서는 변형 시, 보이드의 발생 개소가 밀해짐과 함께 보이드가 연결되기 쉬워지므로 조기에 파단이 생겨서, 특히 구멍 확장성이 현저히 저하된다.
밴드상 조직이 생성되는 요인은, 공업적으로 제조할 때의 용제 공정에 있어서 Mn 등의 합금 원소가 편석되고, 열연 공정 및 냉연 공정에 있어서 원소 편석 영역이 압연 방향으로 잡아당겨지는 것이다. 이 본질적인 문제를 해결하기 위하여 특허문헌 3에는, 실시예에 나타낸 바와 같이 마르텐사이트 분율이 20% 이상 포함되는 강판을 이용하여, 냉연, 산세 후의 강판을 일단 750℃ 이상의 온도 영역으로 가열하여, 밴드상 조직에 농화되어 있는 Mn을 분산시켜, 밴드상으로 분포하는 마르텐사이트의 두께를 얇게, 미세하게 분산함으로써 성형성을 확보하는 것이 개시되어 있다.
그러나 특허문헌 3의 방법은 장시간의 가열 공정을 필요로 하므로, 생산성이 낮아서 강판 비용을 현저히 높여 버린다. 또한 밴드상 조직의 두께를 얇게 하는 것만으로는 보이드의 생성을 억제할 수는 없으며, 또한 보이드 발생 개소는 오히려 편재되므로, 특허문헌 3의 방법에서는, 요구되고 있는 성형성을 확보할 수는 없다.
결국, 특허문헌 3의 방법에서는, 생산성의 과제는 물론이거니와, 밴드상 조직의 생성 자체를 억제할 수 없어서 우수한 구멍 확장성을 실현할 수 없다는 문제가 남는다.
한편, 특허문헌 4에는, 1회째의 어닐링 시, 가열 온도 Ac3점 내지 1000℃로 3600초 이하 유지하고 50℃/초로 냉각하여 강 조직을 균질한 마르텐사이트 조직으로 하고, 또한 2회째의 어닐링에서 페라이트 입자의 입경을 작게 함과 함께, 페라이트 입자의 장축 방향을 등방적으로 분산시켜 신장 플랜지성을 높인 강판이 개시되어 있다.
또한 특허문헌 5에는, 특허문헌 4의 제조 방법에 있어서, 열연 공정 전에 1200℃ 이상 1300℃ 이하의 온도 영역에서 0.5h 이상 5h 이하 유지하여 Mn을 확산시킴으로써, 강판의 판 두께 방향 단면에 있어서의 Mn 농도의 상한값 C1과 하한값 C2의 비 C1/C2를 2.0 이하로 하여 신율 및 신장 플랜지성을 높인 강판이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2009-013488호 공보 일본 특허 공개 제2012-036497호 공보 일본 특허 공개 제2002-088447호 공보 일본 특허 공개 제2009-249669호 공보 일본 특허 공개 제2010-065307호 공보
통상, 밴드상 조직을 제어하기 위해서는 복수 회의 어닐링, 또는 1000℃ 이상의 열처리가 필요 불가결하다. 특허문헌 5의 방법에 있어서, 밴드상 조직은 고온 유지에 의하여 제어된다. 그 경우, 밴드상 조직은 다소 억제되지만, 제조 시의 비용이 증대됨과 함께 Mn 편석부의 밴드상 분포 자체는 해소되지 않아서, 결국에는 경질 조직이 밀집한 조직으로 되어 버려, 보이드의 성장, 연결 거동을 억제하는 효과는 얻어지지 않는다.
또한 경질 조직의 분율이 20%를 초과하는 강판에 있어서, 보이드는, 경질 조직과 페라이트의 계면이 아니라 오히려 마르텐사이트 등의 경질 조직 자체로부터 발생하므로, 특허문헌 4의 방법과 같이, 페라이트 입자경을 작게 하여 마르텐사이트와 페라이트의 계면에 대한 응력 집중을 완화하는 것만으로는 성형성, 특히 실용상 문제로 되는 변형 속도가 큰 경우에 있어서의 구멍 확장성을 충분히 확보할 수는 없다. 이와 같이, 인장 강도가 780㎫ 이상이고 또한 연성과 충격 특성이 우수한 강판이 존재하지 않는 것이 현 상황이다.
구멍 확장성은, JIS Z 2256 또는 JFS T 1001에 규정된 방법으로 측정하는데, 근년, 제조 기술의 진보에 의한 생산성의 향상에 수반하여, 제품의 품질 조사를 위한 시험 속도가, 현재 일반적으로 이용되고 있는 0.2㎜/초보다 고속화되어, 규정된 상한 1㎜/초에 가까운 시험 속도로 시험할 것이 요구되고 있다.
그러나 구멍 확장 시험 시의 시험 속도의 고속화는 변형 속도의 증가를 일으키므로, 고속의 시험 속도에 의한 측정값은 종래의 시험 속도에 의한 측정값과 다를 것으로 생각된다. 그리고 구멍 확장 시험을 고속의 시험 속도로 실시한 예는 없는 것이 현 상황이다.
본 발명자들은 종래 기술에 관한 현 상황을 감안하여, 복수 회의 어닐링이나 고온 장시간의 열처리를 행하는 일 없이, 가공 속도가 빠른 경우의 연성과 구멍 확장성을 높이는 것을 과제로 하여, 해당 과제를 해결하는 고강도 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하는 수법에 대하여 예의 검토하였다. 그 결과, 다음의 새로운 지견을 얻는 데에 이르렀다.
(x) C양, Si양 및 Mn양을 필요한 범위로 한정한다. (x-1) 열간 압연에 있어서, 통상 일 방향으로 연속적으로 행하는 조압연을, 일단의 롤을 복수 회 왕복시켜 행하는 리버스 압연만으로 행하고, 밴드상 조직의 형성 요인으로 되는, 조열연 강판 중의 Mn 편석부의 형상을, 판상이 아니라 복잡 형상으로 한다. (x-2) 어닐링 후의 조직 중의 페라이트를, 복잡하게 뒤얽힌 그물눈상의 연결 조직으로 하고, 페라이트 중에, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직을 존재시킨다. 이 경질 조직에 의한 지주로서의 역할과, 페라이트에 의한 응력 완화의 역할을 상보적으로 담당시키면, 보이드의 성장, 연결 거동이 억제되어 구멍 확장성이 향상된다. (x-3) 그 결과, 종래 기술에서는 실현이 곤란한 "780㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 또한 우수한 연성 및 구멍 확장성을 갖는 강판"을 얻을 수 있다. 단, 마르텐사이트에는 프레시 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트가 포함된다.
(y) 구멍 확장 시험에 있어서, 시험 속도의 고속화는 변형 속도의 증가를 일으켜, 고속의 시험 속도에 의한 측정값은 종래의 시험 속도에 의한 측정값과 다르다. 고강도 강판의 구멍 확장성의 평가에 있어서는, 고속의 시험 속도로 측정하는 것이 중요하다.
상기 새로운 지견에 대해서는 후술한다.
본 발명은 상기 새로운 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.
(1)
성분 조성이, 질량%로, C: 0.05% 이상 0.30% 이하, Si: 0.05% 이상 6.00% 이하, Mn: 1.50% 이상 10.00% 이하, P: 0.000% 이상 0.100% 이하, S: 0.000% 이상 0.010% 이하, sol.Al: 0.010% 이상 1.000% 이하, N: 0.000% 이상 0.010% 이하, Ti: 0.000% 이상 0.200% 이하, Nb: 0.000% 이상 0.200% 이하, V: 0.000% 이상 0.200% 이하, Cr: 0.000% 이상 1.000% 이하, Mo: 0.000% 이상 1.000% 이하, Cu: 0.000% 이상 1.000% 이하, Ni: 0.000% 이상 1.000% 이하, Ca: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Mg: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, REM: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Zr: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, W: 0.0000% 이상 0.0050% 이하, B: 0.0000% 이상 0.0030% 이하, 잔부: Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 강판에 있어서,
강판 조직이, 면적률로, 페라이트: 15% 이상 80% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직: 합계로 20% 이상 85% 이하를 포함하고,
표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상이고, 또한 해당 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하인 것을 특징으로 하는 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
(2)
질량%로, Ti: 0.003% 이상 0.200% 이하, Nb: 0.003% 이상 0.200% 이하, 및 V: 0.003% 이상 0.200% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
(3)
질량%로, Cr: 0.005% 이상 1.000% 이하, Mo: 0.005% 이상 1.000% 이하, Cu: 0.005% 이상 1.000% 이하, 및 Ni: 0.005% 이상 1.000% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
(4)
질량%로, Ca: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, Mg: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, REM: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, Zr: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, 및 W: 0.0003% 이상 0.0050% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
(5)
질량%로, B: 0.0001% 이상 0.0030% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
본 발명에 따르면, 780㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 또한 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판을 제공할 수 있다. 본 발명의 고강도 강판은, 자동차의 차체와 같이 프레스 성형이 실시되는 강판, 그 중에서도, 종래 적용이 곤란하였던, 연성 및 신장 플랜지 성형이 필요 불가결해지는 강판에 적합하다.
도 1은 강판 조직에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 조압연의 설명도이다.
도 3은 일 방향 압연의 설명도이다.
도 4는 리버스 압연의 설명도이다.
본 발명의 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판(이하, 「본 발명 강판」이라 하는 일이 있음)은, 성분 조성이, 질량%로, 성분 조성이, 질량%로, C: 0.05% 이상 0.30% 이하, Si: 0.05% 이상 6.00% 이하, Mn: 1.50% 이상 10.00% 이하, P: 0.000% 이상 0.100% 이하, S: 0.000% 이상 0.010% 이하, sol.Al: 0.010% 이상 1.000% 이하, N: 0.000% 이상 0.010% 이하, Ti: 0.000% 이상 0.200% 이하, Nb: 0.000% 이상 0.200% 이하, V: 0.000% 이상 0.200% 이하, Cr: 0.000% 이상 1.000% 이하, Mo: 0.000% 이상 1.000% 이하, Cu: 0.000% 이상 1.000% 이하, Ni: 0.000% 이상 1.000% 이하, Ca: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Mg: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, REM: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Zr: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, W: 0.0000% 이상 0.0050% 이하, B: 0.0000% 이상 0.0030% 이하, 잔부: Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 강판에 있어서,
강판 조직이, 면적률로, 페라이트: 15% 이상 80% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직: 합계로 20% 이상 85% 이하를 포함하고,
표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상이고, 또한 해당 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 강판에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명 강판의 성분 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하, 성분 조성에 관한 %는 「질량%」를 의미한다.
성분 조성
C: 0.05% 이상 0.30% 이하
C는, ??칭성을 높여서 강도를 확보하는 데에 있어서 중요한 원소이다. C가 0.05% 미만이면 780㎫ 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 곤란해지므로, C는 0.05% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.10% 이상이다.
한편, C가 0.30%를 초과하면 마르텐사이트가 경질로 되어서 용접성이 현저히 저하되므로, C는 0.30% 이하로 한다. 바람직하게는 0.20% 이하이다.
Si: 0.05% 이상 6.00% 이하
Si는, 고용 강화에 의하여, 구멍 확장성을 저해하는 일 없이 인장 강도를 높일 수 있는 원소이다. Si가 0.05% 미만이면 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, Si는 0.05% 이상으로 한다. 바람직하게는, 페라이트상의 생성을 안정적으로 촉진한다는 점에서 0.50% 이상, 더 바람직하게는 1.00% 이상이다.
한편, Si가 6.00%를 초과하면 첨가 효과가 포화되어 경제성이 저하됨과 함께 표면 성상이 열화되므로, Si는 6.00% 이하로 한다. 바람직하게는 5.00% 이하, 더 바람직하게는 3.00% 이하이다.
Mn: 1.50% 이상 10.00% 이하
Mn은, ??칭성을 높여서 강도의 확보에 기여하는 원소이다. Mn이 1.50% 미만이면 780㎫ 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 곤란해지므로, Mn은 1.50% 이상으로 한다. 바람직하게는, 열간 압연 및 냉간 압연의 생산성을 확보한다는 점에서 2.00% 이상이다.
한편, Mn이 10.00%를 초과하면 MnS가 석출되어 저온 인성이 저하되므로, Mn은 10.00% 이하로 한다. 바람직하게는 5.00% 이하이다.
P: 0.000% 이상 0.100% 이하
P는 통상, 불순물 원소지만, 인장 강도의 향상에 기여하는 원소이기도 하다. P가 0.100%를 초과하면 용접성이 현저히 저하되므로, P는 0.100% 이하로 한다. 바람직하게는 0.050% 이하, 더 바람직하게는 0.025% 이하이다. 인장 강도의 향상 효과를 얻는다는 점에서 P는 0.010% 이상이 바람직하다.
하한은 0.000%를 포함하지만, P를 불순물 원소라 하여 0.0001% 미만으로 저감하면 제강 비용이 대폭 상승하므로, 실용 강판상 0.0001%가 실질적인 하한이다.
S: 0.000% 이상 0.010% 이하
S는 불순물 원소이며, 용접성의 관점에서 적을수록 바람직한 원소이다. S가 0.010%를 초과하면 용접성이 현저히 저하되고, 또한 MnS가 석출되어 저온 인성이 저하되므로, S는 0.010% 이하로 한다. 바람직하게는 0.003% 이하, 더 바람직하게는 0.001% 이하이다.
하한은 0.000%를 포함하지만, S를 불순물 원소라 하여 0.0001% 미만으로 저감하면 제강 비용이 대폭 상승하므로, 실용 강판상 0.0001%가 실질적인 하한이다.
sol.Al: 0.010% 이상 1.000% 이하
Al은, 강을 탈산하여 강판을 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. sol.Al이 0.010% 미만이면 첨가 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, sol.Al은 0.010% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.015% 이상, 더 바람직하게는 0.030% 이상이다.
한편, sol.Al이 1.000%를 초과하면 용접성이 현저히 저하됨과 함께, 산화물계 개재물이 증가하여 표면 성상이 저하되므로, sol.Al은 1.000% 이하로 한다. 바람직하게는 0.700% 이하, 더 바람직하게는 0.400%이다. 또한 sol.Al이란, Al2O3 등의 산화물로 되어 있지 않아서 산에 가용되는 산 가용 Al을 의미한다.
N: 0.000% 이상 0.010% 이하
N은, 불순물 원소이며, 용접성의 관점에서 적을수록 바람직한 원소이다. N이 0.010%를 초과하면 용접성이 현저히 저하되므로, N은 0.010% 이하로 한다. 바람직하게는 0.006% 이하, 더 바람직하게는 0.003% 이하이다.
하한은 0.000%를 포함하지만, N을 불순물 원소라 하여 0.0001% 미만으로 저감하면 제강 비용이 대폭 상승하므로, 실용 강판상 0.0001%가 실질적인 하한이다.
본 발명 강판의 성분 조성은, 상기 원소 외에, 본 발명 강판의 특성을 높일 목적으로, (a) Ti: 0.000% 이상 0.200% 이하, Nb: 0.000% 이상 0.200% 이하, 및 V: 0.000% 이상 0.200% 이하 중 1종 또는 2종 이상, (b) Cr: 0.000% 이상 1.000% 이하, Mo: 0.000% 이상 1.000% 이하, Cu: 0.000% 이상 1.000% 이하, 및 Ni: 0.000% 이상 1.000% 이하 중 1종 또는 2종 이상, (c) Ca: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Mg: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, REM: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Zr: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, 및 W: 0.0000% 이상 0.0050% 이하 중 1종 또는 2종 이상, 및 (d) B: 0.0000% 이상 0.0030% 이하 중 1군, 또는 2군 이상을 포함해도 된다.
(a)군 원소
Ti: 0.000% 이상 0.200% 이하
Nb: 0.000% 이상 0.200% 이하
V: 0.000% 이상 0.200% 이하
이들 원소는 모두, 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 어느 원소도 0.200%를 초과하면, 강도가 지나치게 상승하여 열간 압연 및 냉간 압연이 곤란해지므로, 어느 원소도 0.200% 이하가 바람직하다. 하한은 0.000%를 포함하지만, 첨가 효과를 확실히 얻는다는 점에서 어느 원소도 0.003% 이상이 바람직하다.
(b)군 원소
Cr: 0.000% 이상 1.000% 이하
Mo: 0.000% 이상 1.000% 이하
Cu: 0.000% 이상 1.000% 이하
Ni: 0.000% 이상 1.000% 이하
이들 원소는 모두, 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 어느 원소도 1.000%를 초과하면, 첨가 효과가 포화되어 경제성이 저하되므로, 어느 원소도 1.000% 이하가 바람직하다. 하한은 0.000%를 포함하지만, 첨가 효과를 확실히 얻는다는 점에서 어느 원소도 0.005% 이상이 바람직하다.
(c)군 원소
Ca: 0.0000% 이상 0.0100% 이하
Mg: 0.0000% 이상 0.0100% 이하
REM: 0.0000% 이상 0.0100% 이하
Zr: 0.0000% 이상 0.0100% 이하
W: 0.0000% 이상 0.0100% 이하
이들 원소는 모두, 개재물의 제어, 특히 개재물을 미세 분산화하여 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 어느 원소도 0.0100%를 초과하면 표면 성상이 현저히 저하될 우려가 있어서, 어느 원소도 0.0100% 이하가 바람직하다. 하한은 0.0000%를 포함하지만, 첨가 효과를 확실히 얻는다는 점에서 어느 원소도 0.0003% 이상이 바람직하다.
REM은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소를 가리키며, 그 중 적어도 1종이다. REM양은, 이들 원소 중 적어도 1종의 합계량을 의미한다. 란타노이드는, 공업적으로는 미슈 메탈의 형태로 첨가한다.
(d)군 원소
B: 0.0000% 이상 0.0030% 이하
B는 ??칭성 향상 원소이며, 베이킹 경화용 강판의 고강도화에 유용한 원소이다. 이 때문에 0.0001% 이상이 바람직하다. 그러나 0.0030%를 초과하여 첨가하면 상기 효과가 포화되어 버려서 경제적으로 낭비이기 때문에, B 함유량은 0.0030% 이하로 하였다. 바람직하게는 0.0025% 이하이다.
본 발명 강판의 성분 조성은, 상기 원소를 제외한 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물은, 강 원료로부터 및/또는 제강 과정에서 불가피하게 혼입되어, 본 발명 강판의 특성을 저해하지 않는 범위에서 존재가 허용되는 원소이다.
다음으로, 본 발명 강판의 강판 조직에 대하여 설명한다.
강판 조직
본 발명 강판의 강판 조직은, 면적률로, 페라이트: 15% 이상 80% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직: 합계로 20% 이상 85% 이하를 포함하고, 표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상이고, 또한 해당 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하인 것을 특징으로 한다.
이하, 조직 요건에 대하여 설명하는데, 조직 분율에 관한 %는 「면적률」을 의미한다.
페라이트: 15% 이상 80% 이하
강판의 폭의 1/4(또는 3/4)의 위치에 있어서, 압연 방향에 평행 또는 직각인 판 두께 단면을 레페라 에칭으로 부식시키고, 부식면을 광학 현미경을 이용하여 500배로 촬영한 조직 화상을 해석하여, 페라이트의 면적률, 및 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나 또는 이들 중 임의의 조합을 포함하는 경질 조직(이하, 간단히 「경질 조직」이라 하는 일이 있음)의 면적률을 산출하여 규정하였다.
페라이트의 면적률 및 경질 조직의 면적률은 다음과 같이 하여 측정할 수 있다. 먼저, 강판의 폭의 1/4의 위치에 있어서의 폭 방향에 수직인 단면이 노출되도록 시료를 채취하고, 이 단면을 레페라 에칭액에 의하여 부식시킨다. 이어서, 표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역의 광학 현미경 사진을 촬영한다. 이때, 예를 들어 배율은 500배로 한다. 레페라 에칭액을 이용한 부식에 의하여 관찰면을 대략 흑색 부분 및 백색 부분으로 구별할 수 있다. 그리고 흑색 부분에 페라이트, 베이나이트, 탄화물 및 펄라이트가 포함될 수 있다. 흑색 부분 중에서 입자 내에 라멜라상의 조직을 포함하는 부분이 펄라이트에 상당한다. 흑색 부분 중에서 입자 내에 라멜라 상의 조직을 포함하지 않고 하부 조직을 포함하지 않는 부분이 페라이트에 상당한다. 흑색 부분 중에서 휘도가 특히 낮고, 직경이 1㎛ 내지 5㎛ 정도인 구상의 부분이 탄화물에 상당한다. 흑색 부분 중에서 입자 내에 하부 조직을 포함하는 부분이 베이나이트에 상당한다. 하부 조직이란, 베이나이트 중의 라스, 블록, 패킷 구조를 의미한다. 따라서 흑색 부분 중에서 입자 내에 라멜라 상의 조직을 포함하지 않고 하부 조직을 포함하지 않는 부분의 면적률을 측정함으로써 페라이트의 면적률이 얻어지고, 흑색 부분 중에서 입자 내에 하부 조직을 포함하는 부분의 면적률을 측정함으로써 베이나이트의 면적률이 얻어진다. 또한 백색 부분의 면적률은 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트의 합계 면적률이다. 따라서 베이나이트의 면적률, 그리고 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트의 합계 면적률로부터 경질 조직의 면적률이 얻어진다. 또한 이 광학 현미경 사진으로부터 최대 연결 페라이트 영역 및 그의 2차원 등주 상수를 측정할 수 있다.
페라이트가 15% 미만이면 10% 이상의 전체 신율을 확보하는 것이 어려우므로, 페라이트는 15% 이상으로 한다. 바람직하게는 20% 이상이다. 한편, 페라이트가 80%를 초과하면, 인장 강도가 저하되어 780㎫ 이상의 인장 강도를 확보할 수 없으므로, 페라이트는 80% 이하로 한다. 바람직하게는 70% 이하이다.
경질 조직: 합계로 20% 이상 85% 이하
경질 조직(베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함함)의 합계가 20% 미만이면, 인장 강도가 저하되어 780㎫ 이상의 인장 강도를 확보할 수 없으므로, 경질 조직은 합계로 20% 이상으로 한다. 바람직하게는 30% 이상이다.
한편, 경질 조직이 합계로 85%를 초과하면 연성이 저하되므로, 경질 조직은 합계로 85% 이하로 한다. 바람직하게는 80% 이하이다.
표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 면적률: 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상
동 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수: 0.35 이하
먼저, 최대 연결 페라이트 영역과 2차원 등주 상수에 대하여 설명한다. 도 1에, 강판 조직에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역(1)을 모식적으로 도시한다. 최대 연결 페라이트 영역(1)은, 페라이트 입자가 그물눈상으로 연속하여 연결된 조직이며, 도 1에 있어서, 촘촘한 사선의 부분이 최대 연결 페라이트 영역(1)이고, 백색의 부분이 경질 조직 영역(2)이고, 성긴 사선의 부분이, 최대 연결 페라이트 영역(1)이 아닌 페라이트 영역(3)(비최대 연결 페라이트 영역(3))이다. 또한 구별을 용이하기 하기 위하여 최대 연결 페라이트 영역(1)과 비최대 연결 페라이트 영역(3)은, 사선이 경사지는 방법을 서로 반대로 나타내고 있다. 최대 연결 페라이트 영역(1) 중에 복수의 경질 조직 영역(3)(백색부)이 서로 분리된 상태로 존재하고 있다. 또한 비최대 연결 페라이트 영역(3)은 최대 연결 페라이트 영역(1)으로부터 분리되어 있고, 비최대 연결 페라이트 영역(3)은 경질 조직 영역(3)(백색부)으로 둘러싸여 있다.
최대 연결 페라이트 영역은 하기 방법에 따라 결정한다.
표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 500배의 조직 화상을 상기 방법으로 2치화하고, 그 2치화 화상에 있어서 페라이트 영역을 나타내는 하나의 픽셀을 선택한다. 그리고 이 선택된 픽셀(페라이트 영역을 나타내는 픽셀임)에 대하여 상하좌우 4방향 중 어느 방향에 인접하는 픽셀이 페라이트 영역을 나타내는 것인 경우에는, 이들 2개의 픽셀은 동일한 연결 페라이트 영역으로 판정한다. 마찬가지로 하여 순차, 상하좌우 4방향 중 각각의 방향에 인접하는 픽셀에 대하여 연결 페라이트 영역으로 되어 있는지의 여부를 판정하여, 단일의 연결 페라이트 영역의 범위를 정한다. 또한 인접하는 픽셀이 페라이트 영역을 나타내는 픽셀이 아닌 경우에는(즉, 인접하는 픽셀이 경질 조직 영역을 나타내는 픽셀이 아닌 경우에는), 그 부분이 연결 페라이트 영역의 에지의 부분으로 된다. 이리하여 정해지는 연결 페라이트 영역 내, 최대의 픽셀수를 갖는 영역을 최대 연결 페라이트 영역으로 특정한다.
최대 연결 페라이트 영역의 전체 페라이트 영역에 대한 면적률 RF는, 최대 연결 페라이트 영역의 면적 SM을 구하여 전체 페라이트 영역의 면적 SF와의 비: RF=SM/SF로부터 산출한다.
최대 연결 페라이트 조직의 면적률 RF(%)는 하기 식으로 산출한다.
RF={최대 연결 페라이트 영역의 면적 SM/전체 페라이트 영역의 면적 SF}×100
전체 페라이트 영역의 면적 SF=최대 연결 페라이트 영역의 면적 SM+비최대 연결 페라이트 영역의 전체 면적 SM'
2차원 등주 상수 K는 하기 식으로 산출한다. 또한 최대 연결 페라이트 영역의 주위 길이 LM은 상기 광학 현미경 사진에 있어서 실측할 수 있다. 단, 주위 길이를 산출할 때, 화상 데이터 외측 프레임의 4변 중 어느 것이 최대 연결 페라이트의 주위 길이의 일부에 해당하는 경우, 해당하는 외측 프레임의 길이도 최대 연결 페라이트의 주위 길이의 일부로서 취급한다.
π·(LM/2π)2·K=SM
K=4πSM/LM 2
LM: 최대 연결 페라이트 영역의 주위 길이
구멍 확장 시험과 같이 강판에 국소적인 큰 변형을 실시하면, 강판의 네킹, 강판 조직 내에서의 보이드의 발생·연결을 거쳐 강판은 파단에 이른다. 강판이 잘록해지는 인장 변형에서는 강판의 판 두께 중심부 부근에 응력이 집중되어, 보이드는 통상, 강판 표면으로부터 t/2(t: 판 두께)의 위치(이하, 「t/2 위치」라 함)를 중심으로 발생한다. 또한 강판이 파단에 이르기까지 보이드의 연결이 일어나는데, 일정 이상의 크기까지 보이드가 조대화되면, 조대화된 보이드를 기점으로 하여 파괴가 일어난다.
이와 같은, t/2의 위치에서 발생한 보이드의 연결에 기여하는 영역은, t/2 위치로부터, 강판 표면으로부터 3t/8(t: 판 두께)의 위치(이하, 「3t/8 위치」라 함)까지의 영역의 조직으로 추정되므로, 최대 연결 페라이트 영역의 면적률을 규정하는 영역을, 표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역으로 규정하였다.
최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 미만이면, 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수를 0.35 이하로 규정하는 것에 의한 보이드의 연결·성장 억제 효과가 얻어지지 않으므로, 최대 연결 페라이트 영역의 면적률은, 전체 페라이트에 대한 면적률로 80% 이상으로 한다. 바람직하게는 90% 이상이다.
최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35를 초과하면, 마르텐사이트가 보이드 생성 사이트로 되고, 보이드가 생성되면, 보이드 주위의 페라이트에 응력이 집중되어 보이드의 연결·성장이 진행된다. 그리고 조직 중에서 보이드의 생성·성장·연결이 연쇄적으로 일어남으로써 강판은 파괴에 이른다. 그 결과, 강판 조직에 있어서, 필요한 구멍 확장성을 확보할 수 없으므로, 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수는 0.35 이하로 한다. 바람직하게는 0.25 이하이다. 2차원 등주 상수가 0.35보다도 큰 조직에서는, 조직 중이 특정 영역에 변형이 집중되기 쉬우며, 일단 보이드가 생성되면 보이드 주위에 변형이 더 집중되어, 보이드의 성장이 현저히 촉진된다. 따라서 이와 같은 조직은 파괴에 이르기 쉽다. 한편, 2차원 등주 상수가 0.35 이하로 되는 조직에서는, 페라이트와 경질 조직의 계면이 복잡 형상을 갖고 있기 때문에, 변형의 집중이 일어나기 어려워서 보이드 생성이 일어나기 어렵다. 또한 일단 보이드가 생성되더라도 주위가 경질 조직의 지주에 덮여 있기 때문에, 변형 집중이 분산되기 쉬워서 보이드의 성장·연결을 억제한다. 따라서 2차원 등주 상수가 0.35 이하인 조직에서는 파괴가 일어나기 어렵다.
다음으로, 본 발명 강판의 기계 특성에 대하여 설명한다.
기계 특성
인장 강도(TS)
본 발명 강판의 인장 강도(TS)는, 자동차의 경량화에 충분히 기여하는 강도로서 780㎫ 이상이 바람직하다. 더 바람직하게는 800㎫ 이상이고, 더욱 바람직하게는 900㎫ 이상이다.
구멍 확장성
구멍 확장성은, JIS Z 2256 또는 JFS T1001에 규정된 구멍 확장 시험에 있어서, 시험 속도를 1㎜/초과로 하여 측정한 구멍 확장률(HER)로 30% 이상이 바람직하다.
연성
연성은, 강판으로부터, 인장 방향이 압연 방향과 직교하는 JIS 5호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241에 규정된 인장 시험에서 측정한 파단 신율 El로 10% 이상이 바람직하다.
다음으로, 본 발명 강판의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
780㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 또한 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 본 발명 강판을 제조하기 위해서는, 강판 조직을 제어하여 "면적률로, 페라이트: 15% 이상 80% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트 혹은 잔류 오스테나이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직: 합계로 20% 이상 85% 이하를 포함하고, 표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상이고, 또한 해당 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하인 강판 조직"을 형성할 필요가 있다.
이 강판 조직을 형성하기 위하여, 구체적으로는,
(A) 본 발명 강판의 성분 조성을 갖는 강 슬래브에, 1050℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 영역에 있어서, 1패스당 압하율 30% 이하의 압연을 짝수 회 반복하는 것을 포함하는 리버스 압연을, 1왕복할 때의 2패스 간의 압하율 차가 10% 이내로 되도록 1왕복 이상 압연을 실시하여, 조압연 강판으로 한다.
(B) 조압연 강판에, 850℃ 이상 1150℃ 이하의 온도에서 마무리 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 700℃ 이하의 온도 영역에서 권취한다. 그 후, 열연 강판에 산세 후, 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 한다.
(C) 냉연 강판에, 740℃ 이상 950℃ 이하의 온도 영역에서 연속 어닐링을 실시한다. 이들 (A) 내지 (C)를 행하는 것이 바람직하다.
이하, 공정 조건에 대하여 설명한다. 먼저, 본 발명 강판의 성분 조성을 갖는 용강을 주조하여, 조압연에 제공되는 슬래브를 제조한다. 주조 방법은 통상의 주조 방법이어도 되며 연속 주조법, 조괴법 등을 채용할 수 있지만, 생산성이라는 점에서 연속 주조법이 바람직하다.
(A) 조압연 공정
조압연 온도 영역: 1050℃ 이상 1250℃ 이하
1패스당 압하율: 30% 이하
리버스 압연의 횟수: 1왕복 이상
1왕복할 때의 2패스 간의 압하율 차: 10% 이하
슬래브를, 조압연 전에 1050℃ 이상 1250℃ 이하의 용체화 온도 영역으로 가열하는 것이 바람직하다. 가열 유지 시간은 특별히 규정하지 않지만, 구멍 확장성을 향상시키기 위하여 가열 온도로 30분간 이상 유지하는 것이 바람직하다. 가열 유지 시간은, 과도한 스케일 손실을 억제하기 위하여 10시간 이하가 바람직하고, 5시간 이하가 더 바람직하다. 주조 후의 슬래브의 온도가 1050℃ 이상 1250℃ 이하이면, 해당 온도 영역으로 가열 유지하지 않고 그대로 조압연에 제공하여 직송 압연 또는 직접 압연을 행해도 된다.
다음으로, 슬래브에 리버스 압연으로 조압연을 실시함으로써, 응고 시에 형성한 슬래브의 Mn 편석부를, 일 방향으로 신장되는 판상의 편석부로 하는 일 없이 복잡 형상으로 할 수 있다. Mn 편석부가 복잡 형상으로 되는 기구를 도 2 내지 4에 기초하여 설명한다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 조압연을 개시하기 전의 슬래브(10)에 있어서는, Mn 등의 합금 원소가 농화된 부분(11)(이하, 「Mn 편석부(11)」라 함)이 슬래브(10)의 표면으로부터 내부를 향하여 거의 수직으로 성장한 상태로 되어 있다.
한편, 조압연에서는, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 압연의 1패스마다 슬래브(10)의 표면은 압연의 진행 방향으로 신장되게 된다. 또한 압연의 진행 방향이란, 압연 롤에 대하여 슬래브(10)가 진행되어 가는 방향이며, 도 2 중의 화살표 X의 방향으로 나타난다. 그리고 이와 같이 슬래브(10)의 표면이 압연의 진행 방향으로 신장됨으로써, 슬래브(10)의 표면으로부터 내부를 향하여 성장하고 있는 Mn 편석부(11)는 압연의 1패스마다 경사진 상태로 된다.
여기서, 조압연의 각 패스에 있어서의 슬래브(10)의 진행 방향 X가 항시 동일한 방향인, 이른바 일 방향 압연의 경우, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, Mn 편석부(11)는 거의 곧은 상태를 유지한 채, 각 패스마다 동일한 방향을 향하여 점차 경사가 심해져 간다. 그리고 조압연의 종료 시에는, Mn 편석부(11)는 거의 곧은 상태를 유지한 채, 슬래브(10)의 표면에 대하여 거의 평행인 자세로 되어, 편평한 밴드상 조직이 형성되어 버린다. 그 결과, 변형 시에 보이드가 연결되기 쉬워져 구멍 확장성이 저하되어 버린다.
한편, 조압연의 각 패스에 있어서의 슬래브(10)의 진행 방향이 교호로 반대의 방향으로 되는 리버스 압연의 경우에는, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 직전의 패스에서 경사진 Mn 편석부(11)가 다음 패스에서는 반대의 방향으로 경사지게 되며, 그 결과, Mn 편석부(11)는 꺾여 구부러진 형상으로 된다. 이 때문에 리버스 압연에 있어서는, 교호로 반대의 방향으로 되는 각 패스가 반복하여 행해짐으로써, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 Mn 편석부(11)가 복잡하게 꺾여 구부러진 형상으로 된다. 또한 본 명세서에서는, 이와 같이 리버스 압연에 의하여 복잡하게 꺾여 구부러진 형상으로 된 Mn 편석부(11)의 형상을 「복잡 형상」이라고 칭하는 일이 있다. 이리하여 리버스 압연에 의하여 Mn 편석부(11)를 복잡 형상으로 함으로써, 후공정에 있어서, 밴드상 조직의 형성을 억제하여 페라이트가 그물눈상으로 복잡하게 뒤얽힌 조직을 형성할 수 있다. Mn은, 오스테나이트를 안정화시키는 작용을 갖는 원소이기 때문에, Mn 편석부(11)에는 오스테나이트가 형성되기 쉬워지고, 한편, Mn이 편석되어 있지 않은 영역에는 페라이트가 형성되기 쉬워진다. 리버스 압연에 의하여 Mn 편석부(11)를 복잡 형상으로 해 두면, 나중의 어닐링 공정에 있어서, 오스테나이트 중에 페라이트를 생성시키는 과정에서 Mn 편석부(11)를 피하여 페라이트가 생성되게 되어 그물눈상의 페라이트가 형성되며, 그 결과, 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상으로 될 것으로 생각된다. 또한 Mn 편석부(11)를 복잡 형상으로 해 둠으로써, 페라이트와 경질 조직의 계면도 복잡 형상으로 되어, 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하로 될 것으로 생각된다.
또한 Mn 편석부(11)를, 원하는 복잡 형상(어닐링 공정에 있어서, 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상으로 되고, 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하로 되는 복잡 형상)으로 하기 위해서는, 리버스 압연은 1왕복 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 2왕복 이상이다. 단, 10왕복 이상 실시하면 충분한 마무리 압연 온도를 확보하는 것이 어려워지므로, 10왕복 이하로 한다. 바람직하게는 8왕복 이하이다. 또한 진행 방향이 서로 반대의 방향으로 되는 각 패스는 동일한 횟수씩 행해지는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 4의 (a) 중에 화살표 X로 나타낸 우향의 패스(압연)와 좌향의 패스(압연)가 동일한 횟수씩 행해지는 것이 바람직하다. 그러나 일반적인 조압연 라인에서는, 조압연의 입측과 출측은 롤을 사이에 두고 반대측에 위치한다. 이 때문에, 조압연의 입측과 출측을 향하는 방향의 패스(압연)가 1회 많아진다. 그렇게 하면, 마지막 패스(압연)에서 Mn 편석부(11)가 편평한 형상으로 되어서 밴드상 조직이 형성되기 쉬워진다. 이와 같은, 열간 압연 라인에서 조압연을 하는 경우에는, 조압연판을 끝으로 입측으로부터 출측으로 보낼 때의 압하율(리버스 압연 후 최종 패스 압하율)을 5% 이하로 하는 것이 바람직하고, 롤 간을 벌리고 압연을 생략(압하율 0%)하는 것이 더 바람직하다.
조압연 온도 영역이 1050℃ 미만이면, 마무리 압연에 있어서, 850℃ 이상에서 압연을 완료하는 것이 어려워져서 페라이트의 형상이 불량으로 되므로, 조압연 온도 영역은 1050℃ 이상이 바람직하다. 더 바람직하게는 1100℃ 이상이다. 조압연 온도 영역이 1250 ℃를 초과하면, 스케일 손실이 증대되는 데다 슬래브 균열이 발생할 우려가 생기므로, 조압연 온도 영역은 1250℃ 이하가 바람직하다. 더 바람직하게는 1200℃ 이하이다.
조압연에 있어서의 1패스당 압하량이 30%를 초과하면, 압연 시의 전단 응력이 커져서 Mn 편석부가 밴드상으로 되어서 복잡 형상으로 할 수 없으므로, 조압연에 있어서의 1패스당 압하량은 30% 이하로 한다. 압하량이 작을수록 압연 시의 전단 변형이 작아져서 밴드 조직의 형성을 억제할 수 있으므로, 압하율의 하한은 특별히 정하지 않지만 생산성의 관점에서 10% 이상이 바람직하다.
리버스 압연에 있어서, 1왕복의 압연에 포함되는 2패스 간의 압하량에 차가 있으면, 어느 방향으로 Mn 편석부가 쓰러져 버려서 Mn 편석부를 복잡 형상으로 제어할 수 없다. 그 때문에 조압연 시, 리버스 압연의 1왕복에 포함되는 2패스 간의 압하량 차는 10% 이내로 한다. 바람직하게는 5%이내이다. 더욱 바람직하게는 3% 이내이다.
(B) 마무리 압연 및 냉간 압연
(B-1) 마무리 압연
마무리 압연 온도: 850℃ 이상 1150℃ 이하
권취 온도: 700℃ 이하
마무리 압연 온도가 850℃ 미만이면, 재결정이 충분히 일어나지 않아서 압연 방향으로 연신된 조직으로 되어, 후공정에서 연신 조직에 기인한 밴드 조직이 생성되므로, 마무리 압연 온도는 850℃ 이상이 바람직하다. 더 바람직하게는 900℃ 이상이다. 한편, 마무리 압연 온도가 1150 ℃를 초과하면 스케일 손실이 증가하여 수율이 저하되므로, 마무리 압연 온도는 1150℃ 이하가 바람직하다. 더 바람직하게는 1100℃ 이하이다.
권취 온도가 700℃를 초과하면 내부 산화에 의하여 표면 성상이 저하되므로, 권취 온도는 700℃ 이하가 바람직하다. 강판 조직을 마르텐사이트 또는 베이나이트의 균질 조직으로 하면, 어닐링에서 균질한 조직을 형성하기 쉬우므로, 권취 온도는 450℃ 이하가 더 바람직하고, 50℃ 이하가 더욱 바람직하다.
(B-2) 냉간 압연
열연 강판을 산세 후, 냉간 압연에 제공하여 냉연 강판으로 한다. 강판 조직을 균질, 미세화한다는 점에서 압하율은 50% 이상이 바람직하다. 또한 산세는 통상의 산세여도 된다.
(C) 어닐링 공정
어닐링 온도 영역: Ac1℃ 이상(Ac3+100)℃ 이하
냉연 강판에, Ac1℃ 이상 (Ac3+100)℃ 이하의 온도 영역에서 연속 어닐링을 실시한다. 어닐링 온도 영역이 Ac1℃ 미만이면 오스테나이트 변태가 충분히 일어나지 않아서, 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하는 경질 조직을 필요한 면적률로 확보할 수 없으므로, 어닐링 온도 영역은 Ac1℃ 이상이 바람직하다. 더 바람직하게는 (Ac1+10)℃ 이상이다.
여기서, Ac1과 Ac3은, 각 강의 성분으로부터 정의되는 온도이며, 「%원소」를 그 원소의 함유량(질량%), 예를 들어 「%Mn」을 Mn 함유량(질량%)으로 하면, 각각 이하의 식 1, 식 2로 나타난다.
Ac1(℃)=723-10.7(%Mn)-16.9(%Ni)+29.1(%Si)+16.9(%Cr) (식 1)
Ac3(℃)=910-203(%C)1/2-15.2(%Ni)+44.7(%Si)+104(%V)+31.5(%Mo) (식 2)
한편, 어닐링 온도 영역이 (Ac3+100)℃를 초과하면 생산성이 저하될 뿐 아니라, 오스테나이트 입자가 조대화되어서 페라이트가 생성되기 어려워져 연성이 저하되므로, 어닐링 온도 영역은 (Ac3+100)℃ 이하가 바람직하다. 더 바람직하게는 (Ac3+50)℃ 이하이다.
미재결정을 완전히 없애고 균질 조직을 안정적으로 확보한다는 점에서, 어닐링 시간은 60초 이상이 바람직하다. 더 바람직하게는 240초 이상이다.
페라이트를 필요한 면적률로 확보하기 위하여 강판을, 어닐링 후, 550℃ 이상 Ac1℃ 이하의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도를 2℃/초 이상 10℃/초 이하로 하여 냉각하는 것이 바람직하다. 베이나이트 및 마르텐사이트의 연성을 확보하여 구멍 확장성의 향상을 도모하기 위하여, 상기 온도 영역으로부터, 200℃ 이상 350℃ 이하의 온도 영역까지, 35℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 그 후, 200℃ 이상 550℃ 이하의 온도 영역으로 200초 이상 유지하는 것이 바람직하다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하는데, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
(실시예 1)
표 1에 나타내는 성분 조성의 용강을 주조하여, 열간 압연에 제공되는 슬래브를 제조하였다.
Figure 112020105357377-pct00001
표 1에 나타내는 성분 조성의 슬래브 중, 일부의 샘플에 대해서는, 조압연 공정에 제공하기 전의 슬래브에 폭 방향으로부터 35%의 압축 가공 후, 두께 방향으로부터 35% 압축 가공하는 다축 압연을 3회 실시하는 「다축 압연 공정」을 실시하였다. 이어서, 표 2에 나타내는 열간 압연 조건에 따라 조압연 및 마무리 압연 공정을 실시하였다. 단, 조압연을 일 방향 압연에 의하여 실시한 것(공시재 5)에 대해서는, 「조압연 압연 횟수」에 조압연의 전체 패스 수를 기재하고, 「1왕복할 때의 2패스 간의 최대 압하율 차」에는, 일 방향 압연에 있어서의 전후 2패스 간의 최대 압하율 차를 기재하였다. 열간 압연 공정 후, 표 3에 나타내는 조건에서 냉간 압연 및 연속 어닐링을 실시하여 강판을 제조하였다. 표 3 중, 연속 어닐링 공정에서의 「평균 냉각 속도*1」은, 550℃ 이상 Ac1℃ 이하의 온도 영역에 있어서의 평균 냉각 속도이고, 「평균 냉각 속도*2」는, Ac1℃ 이하의 온도 영역으로부터, 200℃ 이상 350℃ 이하의 온도 영역까지(냉각 정지 온도까지)의 평균 냉각 속도이다.
Figure 112020105357377-pct00002
Figure 112020105357377-pct00003
어닐링 완료된 강판(이하, 간단히 「강판」이라 함)에 대하여 이하의 시험과 관찰을 행하였다. 결과를 표 4에 정리하여 나타낸다.
(1) 인장 시험
강판으로부터, 압연 방향에 직각인 방향을 길이 방향으로 하는 JIS5호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241에 준거하는 인장 시험에서 인장 특성(항복 강도 YS, 인장 강도 TS, 전체 신율 El)을 측정하였다.
(2) 구멍 확장 시험
강판으로부터, 한 변이 90㎜인 정사각형의 시험편을 채취하고, JIS Z 2256의 규정에 준거하는 구멍 확장 시험을 시험 속도 1㎜/초로 행하여 구멍 확장성을 조사하였다.
또한 눈으로 보아 강판 제조 시에 외관 검사를 행하였다. 외관 검사는 하기 방법에 의하여 행하였다. 먼저, 제조한 강판의 임의의 영역으로부터 길이 방향으로 1m 이상의 간격을 두고 폭 1m×길이 1㎜ 영역의 강판을 10매 채취하고, 그 표면을 탈지, 세정하여 시험편으로 하였다. 시험편 표면을 눈으로 보아 관찰하여, 10매의 모든 시험편에 있어서, 폭 0.2㎜ 이상, 길이 50㎜ 이상의 조대한 선상 흠집이 1개 이상 보이는 경우에는 표면 성상을 불량으로 하였다. 또한 시험편 표면에, 폭 0.2㎜ 이상, 길이 50㎜ 이상의 조대한 표면 흠집은 보이지 않지만, 폭 0.2㎜ 이상, 길이 10㎜ 이상 50㎜ 미만의 표면 흠집이 1개 이상 보이는 경우에는 표면 성상을 양호로 하였다. 또한 시험편 표면에, 폭 0.2㎜ 이상, 길이 10㎜ 이상의 조대한 선상 문양이 보이지 않는 경우에는 표면 성상은 우수로 하였다. 이 결과를 표 4에 나타낸다.
또한 눈으로 보아 강판 제조 시에 외관 검사를 행하였다. 외관 검사는 하기 방법에 의하여 행하였다. 먼저, 제조한 강판의 임의의 영역으로부터 길이 방향으로 1m 이상의 간격을 두고 폭 1m×길이 1㎜ 영역의 강판을 10매 채취하고, 그 표면을 탈지, 세정하여 시험편으로 하였다. 시험편 표면을 눈으로 보아 관찰하여, 10매의 모든 시험편에 있어서, 폭 0.2㎜ 이상, 길이 10㎜ 이상의 조대한 선상 문양이 1개 이상 보이는 경우에는 표면 성상을 불량으로 하였다. 또한 시험편 표면에, 폭 0.2㎜ 이상, 길이 10㎜ 이상의 조대한 선상 문양이 1개도 보이지 않는 경우에는 표면 성상은 양호로 하였다.
또한 눈으로 보아 성형 시의 외관 검사를 행하였다. 외관 검사는 하기 방법에 의하여 행하였다. 먼저, 강판을 폭 40㎜×길이 100㎜로 절단하고, 그 표면을 금속 광택이 보이기까지 연마하여 시험편으로 하였다. 시험편을, 판 두께 t와 굽힘 반경 R의 비(R/t)가 2.0, 2.5인 2수준에서, 굽힘 능선이 압연 방향으로 되는 조건에서 90도 V 굽힘 시험을 행하였다. 시험 후, 굽힘부의 표면 성상을 눈으로 보아 관찰하였다. 비(R/t)가 2.5인 시험에 있어서 표면에 요철 문양 또는 균열이 확인된 경우에는 불량이라고 판단하였다. 비(R/t)가 2.5인 시험에서 요철 문양 및 균열은 확인되지 않지만, 비(R/t)가 2.0인 시험 시험에 있어서 표면에 요철 문양 또는 균열이 확인된 경우에는 양호로 판단하였다. 비(R/t)가 2.5인 시험 및 비(R/t)가 2.0인 시험 중 어느 것에 있어서도, 표면에 요철 문양 및 균열이 확인되지 않는 경우에는 우수로 판단하였다. 이 결과도 표 4에 나타낸다.
(3) 조직 관찰
강판 조직은, 강판의 폭의 1/4의 위치에 있어서, 압연 방향에 대하여 평행인 판 두께 단면을 레페라 에칭에 의하여 부식시킨다. 이어서, 광학 현미경을 이용하여, 강판의 표면으로부터의 깊이가 3t/8로부터 t/2까지인 영역의 판 두께 단면을 촬상한다. 이때, 예를 들어 배율은 500배로 한다. 레페라 에칭액을 이용한 부식에 의하여 관찰면을 대략 흑색 부분 및 백색 부분으로 구별할 수 있다. 그리고 흑색 부분에 페라이트, 베이나이트, 탄화물 및 펄라이트가 포함될 수 있다. 흑색 부분 중에서 입자 내에 라멜라 상의 조직을 포함하는 부분이 펄라이트에 상당한다. 흑색 부분 중에서 입자 내에 라멜라 상의 조직을 포함하지 않고 하부 조직을 포함하지 않는 부분이 페라이트에 상당한다. 흑색 부분 중에서 휘도가 특히 낮고, 직경이 1㎛ 내지 5㎛ 정도인 구상의 부분이 탄화물에 상당한다. 흑색 부분 중에서 입자 내에 하부 조직을 포함하는 부분이 베이나이트에 상당한다. 따라서 흑색 부분 중에서 입자 내에 라멜라 상의 조직을 포함하지 않고 하부 조직을 포함하지 않는 부분의 면적률을 측정함으로써 페라이트의 면적률이 얻어지고, 흑색 부분 중에서 입자 내에 하부 조직을 포함하는 부분의 면적률을 측정함으로써 베이나이트의 면적률이 얻어진다. 또한 백색 부분의 면적률은 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트의 합계 면적률이다. 따라서 베이나이트의 면적률, 그리고 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트의 합계 면적률로부터 경질 조직의 면적률이 얻어진다. 이 광학 현미경 사진으로부터 최대 연결 페라이트 영역 및 그 2차원 등주 상수를 산출하였다.
최대 연결 페라이트 영역은, 강판 조직 중의 페라이트 영역에 있어서, 경질 조직으로 분단되는 일 없이 연속적으로 이어져 있는 영역 중에서 가장 높은 면적을 갖는 페라이트 영역이며, 그 면적률과 2차원 등주 상수는 이하의 방법으로 산출한다.
(3-1) 최대 연결 페라이트 영역의 전체 페라이트 영역에 대한 면적률
강판 표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 500배의 조직 화상을 상기 방법에서 2치화하고, 2치화 화상에 있어서의 페라이트 영역을 나타내는 하나의 픽셀을 중심으로 하여, 상하좌우 4방향에 인접하는 페라이트 영역의 픽셀을 서로 이은 영역 내, 최대의 픽셀수를 갖는 영역을 최대 연결 페라이트 영역으로 특정한다.
최대 연결 페라이트 영역의 전체 페라이트 영역에 대한 면적률 RF는, 최대 연결 페라이트 영역의 면적 SM을 구하여 전체 페라이트 영역의 면적 SF와의 비: RF=SM/SF로부터 산출하였다.
(3-2) 2차원 등주 상수
최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수 K는, 최대 연결 페라이트 영역의 면적 SM과 그 주위 길이 LM으로부터 이하의 식에 따라 산출하였다.
K=4πSM/LM 2(π: 원주율)
Figure 112020105357377-pct00004
표 1 내지 4에 있어서, 밑줄을 친 수치는, 본 발명의 범위 외 또는 바람직한 제조 조건의 범위 외에 있음을 나타내고 있다.
표 4에 있어서, 공시재 No. 2, No. 3, No. 4, No. 9, No. 13, No. 14, No. 15, No. 16, No. 17, No. 18, No. 19, No. 20, No. 21, No. 22, No. 23, No. 24, No. 25, No. 26, No. 27, No. 29, No. 30, No. 31, No. 32, No. 33, No. 34, No. 35 및 No. 36은, 본 발명의 조건을 모두 만족시키는 발명예이다.
발명예의 강판에서는, 표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하이며, 1㎜/초라는 빠른 시험 속도(가공 속도)에 있어서의 구멍 확장 시험에서의 구멍 확장성이 우수하다.
한편, 공시재 No. 1, No. 11 및 No. 12에서는, 성분 조성이 본 발명의 성분 조성으로부터 벗어나 있어서 본 발명의 범위를 벗어나, 높은 페라이트 면적률, 낮은 베이나이트 및 마르텐사이트 면적률을 갖기 때문에 780㎫ 이상의 인장 강도가 얻어지고 있지 않다.
공시재 No. 8은, 페라이트 및 경질 조직의 면적률이 본 발명이 범위로부터 벗어나 있기 때문에 인장 강도가 낮다. 공시재 No. 10은, 페라이트의 면적률, 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이 본 발명이 범위로부터 벗어나 있기 때문에 신율이 낮다. 공시재 No. 5, No. 6, No. 7, No. 28 및 No. 37에서는, 최대 연결 페라이트 영역의 면적률, 2차원 등주 상수가 본 발명이 범위로부터 벗어나 있어서 구멍 확장성이 열위이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 780㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 또한 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 고강도 강판은, 자동차의 차체와 같이 프레스 성형이 실시되는 강판, 그 중에서도 종래 적용이 곤란하였던, 연성 및 신장 플랜지 성형이 필요 불가결해지는 강판에 적합하므로, 본 발명은, 강판 제조·가공 산업 및 자동차 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.
1: 최대 연결 페라이트 영역
2: 경질 조직 영역
3: 비최대 연결 페라이트 영역
10: 슬래브
11: Mn 편석부

Claims (5)

  1. 성분 조성이, 질량%로, C: 0.05% 이상 0.30% 이하, Si: 0.05% 이상 6.00% 이하, Mn: 1.50% 이상 10.00% 이하, P: 0.000% 이상 0.100% 이하, S: 0.000% 이상 0.010% 이하, sol.Al: 0.010% 이상 1.000% 이하, N: 0.000% 이상 0.010% 이하, Ti: 0.000% 이상 0.200% 이하, Nb: 0.000% 이상 0.200% 이하, V: 0.000% 이상 0.200% 이하, Cr: 0.000% 이상 1.000% 이하, Mo: 0.000% 이상 1.000% 이하, Cu: 0.000% 이상 1.000% 이하, Ni: 0.000% 이상 1.000% 이하, Ca: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Mg: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, REM: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, Zr: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, W: 0.0000% 이상 0.0100% 이하, B: 0.0000% 이상 0.0030% 이하, 잔부: Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 강판에 있어서,
    강판 조직이, 면적률로, 페라이트: 15% 이상 80% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 중 어느 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 경질 조직: 합계로 20% 이상 85% 이하를 포함하고,
    표면에서 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 최대 연결 페라이트 영역의 면적률이, 전체 페라이트의 면적에 대한 면적률로 80% 이상이고, 또한 해당 최대 연결 페라이트 영역의 2차원 등주 상수가 0.35 이하인 것을 특징으로 하는 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    질량%로, Ti: 0.003% 이상 0.200% 이하, Nb: 0.003% 이상 0.200% 이하, 및 V: 0.003% 이상 0.200% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    질량%로, Cr: 0.005% 이상 1.000% 이하, Mo: 0.005% 이상 1.000% 이하, Cu: 0.005% 이상 1.000% 이하, 및 Ni: 0.005% 이상 1.000% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    질량%로, Ca: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, Mg: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, REM: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, Zr: 0.0003% 이상 0.0100% 이하, 및 W: 0.0003% 이상 0.0050% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    질량%로, B: 0.0001% 이상 0.0030% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 연성과 구멍 확장성을 갖는 고강도 강판.
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