KR102459261B1 - 향상된 강도 및 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법 및 획득된 시트 - Google Patents

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Abstract

강의 화학 조성이 중량%로 0.13% ≤ C ≤ 0.22%, 1.2% ≤ Si ≤ 1.8%, 1.8% ≤ Mn ≤ 2.2%, 0.10% ≤ Mo ≤ 0.20%, Nb ≤ 0.05 %, Ti < 0.05 %, Al ≤ 0.5% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물인 강 시트를 열처리함으로써, 항복 강도 YS > 850　㎫, 인장 강도 TS > 1180 ㎫, 총 연신율 > 13 % 및 구멍 확장비 HER > 30% 를 갖는 고강도 강 시트를 제조하는 방법. 시트는 30 초 초과의 시간 동안 865 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 TA 에서 어닐링되고, 그리고 나서, 켄칭 직후에 오스테나이트와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖도록, 30 ℃/s 초과의 냉각 속도로 275 ℃ 내지 375 ℃ 의 켄칭 온도 QT 로 냉각시킴으로써 켄칭되며, 오스테나이트의 함량은 최종 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유할 수 있게 하고, 그리고 나서 시트는 370 ℃ 내지 470 ℃ 의 파티셔닝 온도 PT 까지 가열되고, 이 온도에서 50 초 내지 150 초의 파티셔닝 시간 Pt 동안 유지되고, 그리고 나서 실온까지 냉각된다.

Description

향상된 강도 및 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법 및 획득된 시트{METHOD FOR PRODUCING A HIGH STRENGTH STEEL SHEET HAVING IMPROVED STRENGTH AND FORMABILITY AND OBTAINED SHEET}
본 발명은 향상된 강도, 연성 및 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법 및 그 방법으로 획득되는 시트에 관한 것이다.
자동차용 보디 구조 부재 및 보디 패널의 부품과 같은 다양한 장비를 제조하기 위해, DP (dual phase) 강 또는 TRIP (transformation induced plasticity) 강으로 이루어진 시트를 사용하는 것이 일반적이다.
예를 들어, 마텐자이트 조직 및/또는 일부 잔류 오스테나이트를 포함하고 약 0.2 % 의 C, 약 2 % 의 Mn, 약 1.7 % 의 Si 를 함유하는 그러한 강은, 약 750 ㎫ 의 항복 강도, 약 980 ㎫ 의 인장 강도, 8 % 초과의 총 연신율을 갖는다. 이 시트는 Ac3 변태점보다 높은 어닐링 온도로부터 Ms 변태점보다 낮은 켄칭 온도까지 켄칭한 후 Ms 점보다 높은 과시효 온도로 가열하고 그 온도에서 주어진 시간 동안 시트를 유지함으로써 연속 어닐링 라인에서 생산된다. 그리고 나서, 시트는 실온으로 냉각된다.
지구 환경 보전의 관점에서 연료 효율을 향상시키기 위해 자동차의 중량을 줄이려는 소망 때문에, 향상된 수율 및 인장 강도를 갖는 시트를 구비하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 시트는 양호한 연성 및 양호한 성형성 그리고 더 구체적으로 양호한 신장 플랜지성을 가져야 한다.
이와 관련하여, 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도 YS, 약 1180 ㎫ 의 인장 강도 TS, 적어도 13 % 또는 바람직하게는 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 30 % 초과 또는 심지어 50 % 의 ISO 표준 16630: 2009 에 따른 구멍 확장비 HER 을 갖는 시트를 구비하는 것이 바람직하다. 구멍 확장비와 관련하여, 측정 방법의 차이로 인해, ISO 표준에 따른 구멍 확장비 HER 의 값들이 JFS T 1001 (일본 철강 연맹 표준) 에 따른 구멍 확장비 λ 의 값들과 매우 상이하고 비교가능하지 않다는 것을 강조해야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은, 강 시트의 열처리에 의한 향상된 강도 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도 YS, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도 TS, 적어도 13 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 구멍 확장비 HER 을 갖고, 상기 시트의 강의 화학 조성은, 중량%로,
0.13% ≤ C ≤ 0.22%
1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
1.8% ≤ Mn ≤ 2.2%
0.10% ≤ Mo ≤ 0.20%
Nb ≤ 0.05 %
Ti < 0.05 %
Al ≤ 0.5%
을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이다. 시트는 30 초 초과의 시간 동안 865 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 TA 에서 어닐링된다. 그리고 나서, 시트는, 켄칭 직후에 오스테나이트와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖도록, 적어도 30 ℃/s 의 냉각 속도로 275 ℃ 내지 375 ℃ 의 켄칭 온도 QT 로 냉각시킴으로써 켄칭되며, 상기 오스테나이트의 함량은 최종 조직, 즉 처리와 실온으로의 냉각 후의 최종 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유할 수 있게 한다. 그리고 나서, 시트는 370 ℃ 내지 470 ℃ 의 파티셔닝 (partitioning) 온도 PT 까지 가열되고, 이 온도에서 50 초 내지 150 초의 파티셔닝 시간 Pt 동안 유지된다. 그리고 나서, 시트는 실온까지 냉각된다.
바람직하게는, 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 이다.
바람직하게는, 켄칭 온도 QT 는 310 ℃ 내지 375 ℃, 특히 310 내지 340 ℃ 이다.
바람직하게는, 상기 방법은, 시트가 켄칭 온도 QT 로 켄칭된 후 그리고 시트를 파티셔닝 온도 PT 까지 가열하기 전에, 켄칭 온도에서 2 초 내지 8 초, 바람직하게는 3 초 내지 7 초의 유지 시간 동안 시트를 유지하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 또한 강 시트에 관한 것으로, 상기 강 시트의 화학 조성은, 중량%로,
0.13% ≤ C ≤ 0.22%
1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
1.8% ≤ Mn ≤ 2.2%
0.10% ≤ Mo ≤ 0.20%
Nb ≤ 0.05 %
Ti < 0.05 %
Al ≤ 0.5%
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이고, 상기 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도, 적어도 13 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 구멍 확장비 HER 을 갖는다.
강의 조직은 페라이트 없이 3 % 내지 15% 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 포함한다.
바람직하게는, 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 이다.
바람직하게는, 잔류 오스테나이트의 평균 입자 크기가 5 ㎛ 이하이다.
마텐자이트 및 베이나이트의 입자들 또는 블록들의 평균 크기가 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 두 가지 예의 SEM 현미경 사진을 나타낸다.
본 발명은 이제 상세하지만 어떠한 제한을 도입함이 없이 설명될 것이며 도 1 및 도 2 에 의해 보여질 것이다.
본 발명에 따르면, 시트는 중량%로, 다음을 함유하는 화학 조성을 갖는 강으로 이루어진 반제품의 열간 압연 및 선택적으로 냉간 압연에 의해 획득된다:
- 만족스러운 강도를 확보하고 충분한 연신율을 획득하는데 필요한 잔류 오스테나이트의 안정성을 향상시키기 위한, 0.13 % 내지 0.22 %, 바람직하게는 0.16 % 초과 바람직하게는 0.20 % 미만의 탄소. 탄소 함량이 너무 높으면, 열간 압연 시트는 냉간 압연되기에는 너무 단단하고, 용접성이 불충분하다.
- 오스테나이트를 안정화시키고, 고용 강화를 제공하고, 과시효 동안 탄화물의 형성을 지연시키기 위한, 1.2 % 내지 1.8 %, 바람직하게는 1.3 % 초과 1.6 % 미만의 규소.
- 연성에 해로운 편석 (segregation) 문제의 발생을 회피하고 1150 ㎫ 초과의 인장 강도, 적어도 65 % 의 마텐자이트를 함유하는 조직을 획득하기 위해 충분한 경화능을 갖기 위한, 1.8 % 내지 2.2 %, 바람직하게는 1.9 % 초과 바람직하게는 2.1 % 미만의 망간.
- 오스테나이트의 분해를 지연시켜 본 발명에 따른 과시효 동안 오스테나이트의 분해가 없도록 경화능을 증가시키고 잔류 오스테나이트를 안정화시키기 위한, 0.10 % 내지 0.20 % 의 몰리브덴,
- 탈산 목적으로 액체 강에 보통 첨가되는 최대 0.5 % 의 알루미늄. Al 함량이 0.5 % 를 초과하면, 오스테나이트화 온도가 도달하기에 너무 높아질 것이고, 강은 산업상 가공하기 어려워질 것이다. 바람직하게는, Al 함량은 0.05 % 로 제한된다.
- Nb 함량은 0.05 % 로 제한되는데, 이 값을 초과하면, 큰 침전물 (precipitates) 이 형성되고 성형성이 감소하여 13 % 의 총 연신율에 도달하기가 더 어려워질 것이기 때문이다.
- Ti 함량은 0.05 % 로 제한되는데, 이 값을 초과하면, 큰 침전물이 형성되고 성형성이 감소하여 13 % 의 총 연신율에 도달하기가 더 어려워질 것이기 때문이다.
잔부는 철 및 제강으로부터 생기는 잔류 원소이다. 이 점에 있어서, 적어도 Ni, Cr, Cu, V, B, S, P 및 N 이 불가피한 불순물인 잔류 원소로 간주된다. 그러므로, 이들의 함량은 Cr: 0.10 %, Cu: 0.03 %, V: 0.007 %, B: 0.0010 %, S : 0.005 %, P : 0.02 %, N : 0.010 %, Ni: 0.05 % 미만이다.
시트는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 방법에 따라 열간 압연 및 선택적으로 냉간 압연에 의해 준비된다.
압연 후, 시트는 산세 또는 세척되고 나서 열처리된다.
바람직하게는 연속 어닐링 라인에서 행해지는 열처리는 다음의 단계들을 포함한다:
- 조직이 전적으로 오스테나이트인 것을 확신하도록 강의 Ac3 변태점 초과, 바람직하게는 Ac3 + 15℃ 초과, 즉 본 발명에 따른 강에 대해 865 ℃ 초과이지만 오스테나이트 입자를 너무 많이 조대화하지 않도록 1000 ℃ 미만인 어닐링 온도 TA 에서 시트를 어닐링하는 단계. 시트는 화학 조성을 균질화하기에 충분한 시간 동안 어닐링 온도에서 유지, 즉 TA - 5 ℃ 내지 TA + 10 ℃ 에서 유지된다. 유지 시간은 바람직하게는 30 초 초과이지만, 300 초 초과일 필요는 없다.
- 페라이트 및 베이나이트 형성을 방지하기에 충분한 냉각 속도로 Ms 변태점 미만의 켄칭 온도 QT 까지 냉각시킴으로써 시트를 켄칭하는 단계. 켄칭 온도는, 켄칭 직후에 오스테나이트와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖도록 275 ℃ 내지 375 ℃, 바람직하게는 290 ℃ 내지 360 ℃ 이고, 오스테나이트 함량은 최종 조직, 즉 처리와 실온으로의 냉각 후의 최종 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유할 수 있게 한다. 바람직하게는, 켄칭 온도는 300 ℃ 초과이고, 특히 310 ℃ 내지 375 ℃, 예컨대 310 ℃ 내지 340 ℃ 이다. 어닐링 온도 TA 로부터 냉각 중에 페라이트 형성을 방지하기 위해 30 ℃/s 초과의 냉각 속도가 요구된다.
- 370 ℃ 내지 470 ℃, 바람직하게는 390 ℃ 내지 460 ℃ 의 파티셔닝 온도 PT 까지 시트를 재가열하는 단계. 470 ℃ 초과에서는, 목표로 하는 강의 기계적 성질, 특히 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도 및 적어도 13 % 의 총 연신율이 획득되지 않는다. 재가열 속도는 인덕션 히터에 의해 재가열이 행해지는 때에 높을 수 있지만, 5 내지 20 ℃/s 의 재가열 속도는 시트의 최종 특성에 분명한 영향을 미치지 않았다. 따라서, 가열 속도는 바람직하게는 5 ℃/s 내지 20 ℃/s 이다. 예를 들어, 재가열 속도는 적어도 10 ℃/s 이다. 바람직하게는, 켄칭 단계와 시트를 파티셔닝 온도 PT 로 재가열하는 단계 사이에, 시트는 2 초 내지 8 초, 바람직하게는 3 초 내지 7 초의 유지 시간 동안 켄칭 온도에서 유지된다.
- 50 초 내지 150 초의 시간 동안 파티셔닝 온도 PT 에서 시트를 유지하는 단계. 파티셔닝 온도에서 시트를 유지하는 것은, 파티셔닝 동안에 시트의 온도가 PT - 10 ℃ 내지 PT + 10 ℃ 로 유지되는 것을 의미한다.
- 시트를 실온까지 냉각시키는 단계.
이러한 처리로, 적어도　850　㎫ 의 항복 강도 YS, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도, 적어도 13 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 또는 심지어 50 % 의 ISO 표준 16630:2009 에 따른 구멍 확장비 HER 를 갖는 시트가 획득될 수 있다.
이 처리는 페라이트 없이 3 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유하는 최종 조직, 즉 파티셔닝 및 실온으로의 냉각 후의 최종 조직을 획득할 수 있게 한다.
또한, 평균 오스테나이트 입자 크기는 바람직하게는 5 ㎛ 이하이고, 베이나이트 또는 마텐자이트의 블록들의 평균 크기는 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.
일례로, 두께가 1.2 ㎜ 이고 다음의 조성: C = 0.18%, Si = 1.55%, Mn = 2.02%, Nb = 0.02%, Mo = 0.15%, Al = 0.05%, N = 0.06% 를 갖고 잔부가 Fe 및 불순물인 시트를 열간 및 냉간 압연에 의해 제조하였다. 이 강의 이론적 Ms　변태점은 386 ℃ 이고 Ac3 점은 849 ℃ 이다.
시트의 샘플들을 어닐링, 켄칭 및 파티셔닝에 의해 열처리하였고, 기계적 성질을 측정하였다. 시트들을 약 3 초 동안 켄칭 온도에서 유지하였다.
처리 조건 및 획득된 특성을 표 1 에 나타낸다.
Figure 112016128448390-pct00001
이 표에서, TA 는 어닐링 온도, QT 는 켄칭 온도, PT 는 파티셔닝 온도, Pt 는 파티셔닝 시간, YS 는 항복 강도, TS 는 인장 강도, TE 는 총 연신율, HER 은 ISO 표준에 따른 구멍 확장비, RA 는 최종 조직 중의 잔류 오스테나이트의 비율, RA 입자 크기는 평균 오스테나이트 입자 크기, M + B 는 최종 조직 중의 베이나이트 및 마텐자이트의 비율, M + B 입자 크기는 마텐자이트 및 베이나이트의 입자들 또는 블록들의 평균 크기이다.
도 1 에 조직이 보여지고 10.4 % 의 잔류 오스테나이트 및 89.6 % 의 마텐자이트 및 베이나이트를 함유하는 예 1, 및 도 2 에 조직이 보여지고 6.8 % 의 잔류 오스테나이트 및 93.2 % 의 마텐자이트 및 베이나이트를 함유하는 예 2 는, 300 ℃ 또는 350 ℃ 의 켄칭 온도, 99 초의 파티셔닝 시간 및 450 ℃ 의 온도에서의 파티셔닝의 경우, 시트가 850 ㎫ 초과의 항복 강도, 1100 ㎫ 초과의 인장 강도, 13 % 보다 높은 약 14 % 의 총 연신율, 및 ISO 표준 16630: 2009 에 따라 측정된 30 % 초과의 구멍 확장비를 갖는다는 것을 보여준다. 켄칭 온도가 300 ℃ (+/- 10 ℃) 인 때, 예 2 에서 보여진 바와 같이, 총 연신율은 13 % 보다 높을 수 있고, 구멍 확장비는 57 % 로 매우 양호하다.
켄칭 온도가 Ms 보다 높은 종래 기술에 관련된, 즉 조직이 마텐자이트가 아닌 예 3 및 예 4 는, 목표 항복 강도, 총 연신율 및 구멍 확장비에 동시에 도달할 수 없음을 보여준다.
또한, 예 5 는, 340 ℃ 의 켄칭 온도, 50 초의 파티셔닝 시간 및 470 ℃ 에서의 파티셔닝의 경우, 시트가 850 ㎫ 초과의 항복 강도, 1100 ㎫ 초과의 인장 강도, 13 % 보다 높은 약 14 % 초과의 총 연신율, 및 ISO 표준 16630: 2009 에 따라 측정된 30 % 초과의 구멍 확장비를 갖는 것을 또한 보여준다.
예 6 은, 파티셔닝 온도가 너무 높은 때, 즉 470 ℃ 초과인 때, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도 및 적어도 13 % 의 총 연신율이 획득되지 않음을 보여준다.

Claims (12)

  1. 중량%로,
    0.13% ≤ C ≤ 0.22%
    1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
    1.8% ≤ Mn ≤ 2.2%
    0.10% ≤ Mo ≤ 0.20%
    Nb ≤ 0.05 %
    Ti < 0.05 %
    Al ≤ 0.5%
    를 함유하는 화학 조성을 갖고 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물인 강으로 제조된 강 시트의 열처리에 의한 향상된 강도 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법으로서,
    상기 강 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도 YS, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도 TS, 적어도 13 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 ISO 표준 16630:2009 에 따른 구멍 확장비 HER 을 갖고,
    상기 시트를 열처리하는 것은,
    · 30 초 초과의 시간 동안 865 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 TA 에서 상기 시트를 어닐링하는 단계,
    · 켄칭 직후에 오스테나이트와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖도록, 적어도 30 ℃/s 의 냉각 속도로 상기 시트를 310 ℃ 내지 375 ℃ 의 켄칭 온도 QT 로 냉각시킴으로써 상기 시트를 켄칭하는 단계로서, 상기 오스테나이트의 함량은 최종 조직, 즉 처리와 실온으로의 냉각 후의 최종 조직이 페라이트 없이 면적 분율을 기준으로, 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유하게 하는, 상기 시트를 켄칭하는 단계,
    · 370 ℃ 내지 470 ℃ 의 파티셔닝 (partitioning) 온도 PT 까지 상기 시트를 가열하고, 상기 파티셔닝 온도에서 50　초 내지 150 초의 파티셔닝 시간 Pt 동안 상기 시트를 유지하는 단계, 및
    · 상기 시트를 실온까지 냉각시키는 단계를 포함하는, 향상된 강도 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 인 것을 특징으로 하는, 향상된 강도 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 켄칭 온도 QT 는 310 ℃ 내지 340 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 향상된 강도 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트가 상기 켄칭 온도 QT 로 켄칭된 후 그리고 상기 시트를 상기 파티셔닝 온도 PT 까지 가열하기 전에, 상기 켄칭 온도 QT 에서 2 초 내지 8 초의 유지 시간 동안 상기 시트를 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 향상된 강도 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유지 시간은 3 초 내지 7 초인 것을 특징으로 하는, 향상된 강도 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  6. 강 시트로서,
    강의 화학 조성이, 중량%로,
    0.13% ≤ C ≤ 0.22%
    1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
    1.8% ≤ Mn ≤ 2.2%
    0.10% ≤ Mo ≤ 0.20%
    Nb ≤ 0.05 %
    Ti < 0.05 %
    Al ≤ 0.5%
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이고,
    상기 강 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도, 적어도 13 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 ISO 표준 16630:2009 에 따른 구멍 확장비 HER 를 갖고, 상기 강 시트의 조직이 페라이트 없이 면적 분율을 기준으로, 3 % 내지 15% 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 포함하고, 상기 잔류 오스테나이트는 5 ㎛ 이하의 평균 오스테나이트 입자 크기를 갖는, 강 시트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 총 연신율이 적어도 14 % 인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 구멍 확장비가 적어도 50 % 인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    마텐자이트 및 베이나이트의 입자들 또는 블록들의 평균 크기가 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  11. 삭제
  12. 삭제
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