KR102464730B1 - 고강도 강 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 획득된 시트 - Google Patents

고강도 강 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 획득된 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강으로 제조된 고강도 강 시트의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 고강도 강 시트는 1100 ㎫ 초과의 인장 강도, 700 ㎫ 초과의 항복 강도, 적어도 8.0 % 의 균일 연신율 (UE: uniform elongation) 및 적어도 10.0 % 의 총 연신율을 가지고, 상기 강은 중량 % 로: 0.1 % ≤ C ≤ 0.25 %, 4.5 % ≤ Mn ≤ 10 %, 1 % ≤ Si ≤ 3 %, 0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 % 를 함유하고, 잔부는 Fe 및 제련으로부터 생기는 불순물이고, 조성은: CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6 이도록 되어 있고, 상기 방법은: 상기 강의 Ac1 변태점 초과이고 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 (TA) 에서 상기 시트를 소킹 (soaking) 함으로써 상기 강으로 만들어진 압연된 시트를 어닐링하는 단계, 어닐링된 시트를, 냉각 직후에 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트를 함유하는 조직을 획득하기에 충분한 냉각 속도로 190 ℃ 내지 80 ℃ 의 켄칭 온도 (QT) 까지 냉각시키는 단계, 350 ℃ 내지 500 ℃ 의 과시효 온도 (PT) 에서 5 s 초과의 과시효 시간 (Pt) 동안 상기 강 시트를 유지시키는 단계, 및 상기 시트를 주위 온도까지 냉각시키는 단계를 포함한다. 시트가 얻어진다.

Description

고강도 강 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 획득된 시트{METHOD FOR MANUFACTURING A HIGH-STRENGTH STEEL SHEET AND SHEET OBTAINED BY THE METHOD}
본 발명은 연속 열 처리 라인을 이용하는 고강도 강 시트의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 획득된 시트에 관한 것이다.
트레일러, 트럭, 농업 기계, 자동차 부품 등과 같은 다양한 장비들을 생산하기 위해, DP (dual phase) 강들 또는 TRIP (transformation induced plasticity) 강들로 만들어진 고강도 강 시트가 사용된다. 예를 들어 약 0.2 % 의 C, 약 2 % 의 Mn 및 약 1.7 % Si 를 함유하는 연속 어닐링 라인에서 생산되는 상기 강들의 일부는 약 980 ㎫ 의 인장 강도를 갖는다.
에너지 효율을 개선하는데 매우 바람직한 상기 강들로 만들어진 장비들의 중량을 감소시키기 위하여, 0.1 % 내지 0.4 % 의 C, 2 % 내지 4 % 의 Mn, 최대 2 % Si 또는 Si+Al 을 함유하는 CMnSi 강을 사용하는 것이 제안되었고, 상기 강은 상당한 함량의 잔류 오스테나이트 (retained austenite) 또는 페리토-마텐자이트 조직 (ferrito-martensitic structure) 을 갖는 마텐자이트 조직을 포함하기 위해 열 처리된다. 상기 강은 1000 ㎫ 초과의 인장 강도를 갖는 그레이드를 제조하는데 사용된다. 상기 강은 연속 어닐링 라인에서 제조되고, 선택적으로는 용융 코팅 (hot dip coated) 된다. 시트의 기계적 특성은 충분히 높아야 하는 잔류 오스테나이트의 양에 의존한다. 이는 오스테나이트가 충분히 안정적인 것을 요구한다. 또한, 양호한 생산성으로 기존 라인을 처리하기 위하여, Ac1, Ac3, Ms 및 Mf 와 같은 강의 특성 변태점이 지나치게 한정되지 않는 것이 바람직하다.
이러한 이유로, 연속 열 처리 라인에서 고강도 강 시트를 용이하게 제조하기 위해 강과 공정을 구비할 필요가 여전히 있다.
이를 위해, 본 발명은 강으로 제조된 고강도 강 시트의 제조 방법에 관한 것이고, 상기 고강도 강 시트는 1100 ㎫ 초과의 인장 강도 및 700 ㎫ 초과의 항복 강도 및 적어도 8.0 % 의 균일 연신율 (UE: uniform elongation) 및 적어도 10 % 의 총 연신율을 가지고, 상기 강은 중량 % 로:
0.1 % ≤ C ≤ 0.25 %
4.5 % ≤ Mn ≤ 10 %
1 % ≤ Si ≤ 3 %
0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %
를 함유하고, 잔부는 Fe 및 제련으로부터 생기는 불순물이고, 조성은:
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
이도록 되어 있고, 상기 방법은:
- 강의 Ac1 변태점 초과이고 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 (TA) 에서 상기 시트를 소킹 (soaking) 함으로써 상기 강으로 만들어진 압연된 시트를 어닐링하는 단계,
- 어닐링된 시트를, 냉각 직후에 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트를 함유하는 조직을 획득하기에 충분한 냉각 속도로 190 ℃ 내지 80 ℃ 의 켄칭 온도 (QT) 까지 냉각시키는 단계,
- 350 ℃ 내지 500 ℃ 의 과시효 온도 (PT) 에서 5 s 초과 600 s 미만의 과시효 시간 (Pt) 동안 강 시트를 유지시키는 단계, 및
- 시트를 주위 온도까지 냉각시키는 단계
를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 어닐링 온도 (AT) 는 강의 Ac3 변태점 초과이고, 켄칭 온도 (QT) 는 최종 열처리 이후에 강의 조직이 적어도 20 % 의 잔류 오스테나이트 및 적어도 65 % 의 마텐자이트를 함유하고 바람직하게는 페라이트와 베이나이트 함량의 합계는 10 % 미만이도록 되어 있다.
바람직하게는, 상기 강의 화학적 조성은:
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %
1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
이도록 되어 있고, 어닐링 온도 (AT) 는 760 ℃ 초과이고, 켄칭 온도 (AQT) 는 170 ℃ 미만이며, 강의 조직은 20 % 내지 30 % 의 잔류 오스테나이트를 함유한다.
특히 바람직한 실시형태에서, 켄칭 온도는 또한 150 ℃ 미만일 수 있다.
일 실시형태에서, 과시효 온도 (PT) 는 380 ℃ 내지 470 ℃ 이고, 상기 시트는 90 s 내지 600 s 의 시간 (Pt) 동안 과시효 온도에서 유지된다.
일 실시형태에서, 상기 강의 화학적 조성은:
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
6.5 % ≤ Mn ≤ 7.5 %
1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
이도록 되어 있고, 어닐링 온도 (AT) 는 710 ℃ 초과이고, 켄칭 온도 (QT) 는 120 ℃ 내지 180 ℃ 이고, 과시효 온도 (PT) 는 350 ℃ 내지 450 ℃ 이고, 과시효 시간 (Pt) 는 50 s 내지 600 s 이다.
특정 실시형태에서, 상기 강의 화학적 조성은:
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %
1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
이도록 되어 있고, 어닐링 온도 (AT) 는 강의 AC3 변태점 미만이고, 켄칭 온도 (QT) 는 110 ℃ 내지 170 ℃ 이고, 과시효 온도 (PT) 는 350 ℃ 내지 450 ℃ 이고, 과시효 시간 (Pt) 은 5 s 내지 600 s 이고, 바람직하게는 90 s 내지 600 s 이고, 상기 강의 조직은 적어도 15 % 의 페라이트, 적어도 50 % 의 마텐자이트 및 적어도 15 % 의 잔류 오스테나이트를 함유한다.
바람직하게는, 상기 강의 화학 조성은 하기의 조건들:
0.03 % ≤ Al ≤ 0.5 %
Si + Al ≥ 1.4 %
1.4 % ≤ Al ≤ 2.5 %
중 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실시형태에서, 과시효 온도 (PT) 는 440 ℃ 내지 470 ℃ 이고, 상기 시트는 5 s 내지 60 s 의 시간 (Pt) 동안 과시효 온도에서 유지된다. 이러한 경우에, 과시효 온도에서의 유지는 상기 시트를 용융 코팅욕에 통과시킴으로써 이루어질 수 있다. 용융 코팅욕에서의 통과 이후, 시트는 주위 온도까지 냉각되기 전에 갈바닐링 (galvannealed) 되도록 480 ℃ 내지 570 ℃ 의 온도에서 추가로 유지될 수 있다.
어닐링, 켄칭 및 과시효는, 선택적으로 용융 코팅 섹션을 포함하는 연속 어닐링 라인과 같은 연속 열처리 라인에서 이루어질 수 있다.
압연에 의한 상기 시트의 제조는 슬래브 (slab) 의 열간 압연 및 선택적으로는 냉각 압연을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 고강도 강 시트에 관한 것으로, 상기 고강도 강 시트는 1100 ㎫ 초과의 인장 강도 및 700 ㎫ 초과의 항복 강도 및 적어도 8.0 % 의 균일 연신율 (UE) 및 적어도 10.0 % 의 총 연신율 (TE: total elongation) 을 가지고, 상기 고강도 시트의 화학 조성은 중량 % 로:
0.1 % ≤ C ≤ 0.35 %
4.5 % ≤ Mn ≤ 10 %
1 % ≤ Si ≤ 3 %
0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
를 함유하고, 잔부는 Fe 및 제련으로부터 생기는 불순물이다.
바람직한 실시형태에서, 상기 강의 조직은 적어도 20 % 의 잔류 오스테나이트, 적어도 65 % 의 마텐자이트 및 10 % 미만의 페라이트와 베이나이트의 합계를 함유한다.
상기 강의 화학 조성은 바람직하게는:
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %
1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
이도록 되어 있다.
그런 다음, 항복 강도 (YS) 는 1100 ㎫ 초과일 수 있고, 인장 강도 (TS) 는 1350　㎫ 초과일 수 있으며, 균일 연신율 (UE) 는 10.0 % 초과일 수 있고, 또한 총 연신율 (TE) 는 12.0 % 초과일 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 강의 화학 조성은:
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
6.5 % ≤ Mn ≤ 7.5 %
1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
이도록 되어 있고, 항복 강도 (YS) 는 1000 ㎫ 초과 이고, 인장 강도 (TS) 는 1100 ㎫ 초과이다.
특정 실시형태에서, 상기 강의 화학 조성은:
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %
1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
이도록 되어 있고, 상기 강의 조직은 적어도 15 % 의 페라이트, 적어도 50 % 의 마텐자이트 및 적어도 15 % 의 잔류 오스테나이트를 포함한다.
바람직하게는, 상기 강의 화학 조성은 하기의 조건들:
0.03 % ≤ Al ≤ 0.5 %
Si + Al ≥ 1.4 %
1.4 % ≤ Al ≤ 2.5 %
중 적어도 하나를 만족시킨다.
임의의 경우에, 상기 시트의 면들 중 적어도 하나는 아연 코팅 또는 합금화된 아연 코팅과 같은 금속 코팅 또는 합금화된 금속 코팅을 포함할 수도 있다.
본원은 이하 상세하게 설명되고 그리고 제한을 두지 않고 실시예들에 의해 설명된다.
본 발명에 따른 고강도 강 시트들을 제조하는데 사용되는 강은 이하의 조성을 가진다:
- 만족스러운 강도를 보장하고 그리고 오스테나이트의 안정성을 개선하기 위한 0.1 % ≤ C ≤ 0.25 %. 바람직하게는, 탄소의 함량은 0.15 % 초과이다.
- 4.5 % ≤ Mn ≤ 10 %. 망간에서 오스테나이트의 더 높은 화학적 부화에 의해 그리고 오스테나이트의 입자 크기를 감소시킴으로써 잔류 오스테나이트의 안정성을 향상시키도록 망간 함량은 4.5 % 초과여야 한다. 오스테나이트 입자 크기의 감소는 확산 거리를 감소시키고 그리하여 과시효 단계 동안 C 와 Mn 의 확산을 촉진시키는 것으로 예상된다. 더욱이, 4.5 % 초과인 망간 함량은 Ms 변태점, Ac1 및 Ac3 변태점들을 감소시키고, 이는 열처리 달성을 더 용이하게 해준다. 예를 들어, Ac3 점이 낮아지면, 어닐링 온도는 감소될 수 있고, 이는 가열을 더 용이하게 하는데, 즉 가열 파워를 저감시킬 수 있거나 시트의 통과 속도를 증가시킬 수 있다. 하지만, 망간 함량은 연성 및 용접성을 너무 많이 저감시키지 않도록 10 % 미만으로 유지되어야 한다. 바람직하게는, 망간 함량은 7.5 % 미만이고, 바람직하게는 5.5 % 미만이다. 하지만, 특정 실시형태에서, 6.5 % 초과이다. Al 를 첨가함으로써 Ac3 를 증가시키고 그리고 Mn 영향을 상쇄시킴에 주의해야 하며, 이러한 첨가는 최대 2.5 % Al 까지 해롭지 않다.
양호한 조건에서 기계 절삭이 가능한 것이 바람직하도록 마텐자이트가 너무 취성이 아님을 보장하도록, C 및 Mn 함량은 탄소-망간 인덱스 CMnIdex = C×(1 + Mn/3.5) 가 0.6 이하가 되도록 된다. 상기 식에서, C 및 Mn 은 중량 % 의 함량이다.
- 오스테나이트를 안정화시키고, 고용체를 보강하며, 그리고 과시효로 인해 마텐자이트에서 오스테나이트로 탄소 재분배 동안 탄화물들의 형성을 지연시키기 위한 1 % ≤ Si ≤ 3 %, 바람직하게는 Si ≥ 1.4 %. 하지만, 너무 높은 함량에서, 표면에 산화규소가 형성되어 코팅성에 해롭다. 따라서, 규소 함량은 바람직하게는 1.8 % 이하이다.
- 0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %. 액체 강을 탈산시키도록 Al 이 첨가되고, 이는 견고성을 증가시키며, 즉 오스테나이트 분획물의 발생은 어닐링 온도에 덜 민감하다. 최소 Al 함량은 0.03 % 이다. 고함량에서, 알루미늄은 과시효로 인해 마텐자이트에서 오스테나이트로 탄소 재분배 동안 탄화물의 형성을 지연시킨다. 탄화물들의 형성을 지연하기 위해서, Al+Si 의 최소 함량은 1.4 % 이어야 한다. 바람직하게는, 강의 용접을 가능하게 하도록 Al 함량은 적어도 1.4 % 이다. Al 의 최대는 2.5 % 이고, 이 양을 초과하면 고온에서 델타 페라이트가 형성된다. 델타 페라이트는 용접성에 해롭고 그리고 취성상이다. Al 는 Ac3 변태점을 상당히 증가시키고, 이는 어닐링을 더 어렵게 함에 주의해야 하고; 이러한 영향은 높은 Mn 함량이 존재하면 상쇄된다. 특히 용접성에 대한 특정 문제가 없으면, Al 함량은 0.5 % 이하로 유지될 수 있다. 따라서, Ac3 변태 온도는 증가되지 않고, 이는 연속 어닐링 라인의 생산성을 향상시킬 수 있다.
잔부는 Fe 및 제강으로 인한 불순물들이다. 이러한 불순물들은 N, S, P 및 Cr, Ni, Mo, Cu, 및 B 와 같은 잔류 원소들을 포함한다.
통상적으로, N 함량은 0.01 % 미만, S 함량은 0.01 % 미만, P 함량은 0.02 % 미만, Cr 함량은 0.1 % 미만, Ni 함량은 0.1 % 미만, Mo 함량은 0.05 % 미만, Cu 함량은 0.2 % 미만, 및 B 함량은 0.0010 % 미만으로 남아 있다. Nb, Ti 및 V 와의 마이크로 합금화는 이러한 개념에서 가능하지만 Ti 함량은 0.1 % 미만, Nb 함량은 0.1 % 미만, 및 V 함량은 0.3 % 미만이어야 한다.
상기 강으로, 열간 압연 시트들이 제조된다. 이러한 열간 압연 시트들은 예를 들어 2 mm 내지 5 mm 두께를 가진다.
선택적으로, 열간 압연 시트들은 냉간 압연되어 예를 들어 0.5 mm 내지 2 mm 의 두께를 가진 냉간 압연 시트들을 얻게 된다. 당업자는 이러한 열간 압연 시트 또는 냉간 압연 시트를 제조하는 방법을 알고 있다.
그 후, 열간 또는 냉간 압연 시트들은 연속적인 어닐링 라인과 같은 연속적인 열처리 라인에서 열처리되고, 이 연속적인 열처리 라인은 시트를 어닐링 온도까지 가열할 수 있는 가열 구역, 시트를 어닐링 온도에서 또는 이 어닐링 온도 근방에서 유지할 수 있는 소킹 구역, 시트를 켄칭 온도 (QT) 로 급속 냉각시킬 수 있는 냉각 구역, 시트를 과시효 온도 (PT) 까지 가열시킬 수 있는 재가열 구역 및 시간 (Pt) 동안 시트를 과시효 온도 또는 이 과시효 온도 근방에서 유지할 수 있는 과시효 구역을 적어도 포함한다. 선택적으로, 과시효 구역은 아연과 같은 액체 금속을 담는 적어도 용융 코팅욕을 포함하는 용융 코팅 구역 및 선택적으로 합금화 구역일 수 있다.
이러한 연속적인 열처리 라인은 당업자에게 알려져 있다. 이러한 열처리의 목적은 강도 및 연성의 원하는 특성들을 획득하고 가능하다면 시트를 용융 도금하는데 적합한 조직을 강에 부여하기 위해서이다.
미세조직 구성요소들의 함량은 일반적으로 광학 주사 현미경 사진에 기초하여 표면 분율로서 주어짐을 알아야 한다.
임의의 경우에, 어닐링 온도 (AT) 는 켄칭 및 과시효에 의해 변태될 수 있는 충분한 오스테나이트를 형성하도록 강의 Ac1 변태점 초과이다.
어닐링 이전에 시트의 조직이 페라이트와 펄라이트를 포함하면, 또한 켄칭 및 과시효 이후에 상당한 함량의 페라이트가 바람직하다면, 어닐링 온도는 강의 Ac3 변태점 미만으로 유지되어야 한다.
켄칭 이전의 조직이 완전히 오스테나이트인 것이 바람직하다면, 어닐링 온도 (AT) 는 강의 Ac3 변태점 초과여야 하지만, 획득된 조직의 연성에 바람직하지 않은 너무 많은 오스테나이트 입자들을 조대화하지 않도록 1000 ℃ 미만으로 유지되는 것이 바람직하다.
임의의 경우에, 시트를 적어도 60 s 하지만 200 s 초과일 필요는 없는 어닐링 온도에 유지시키는 것이 바람직하다.
켄칭 및 과시효 동안, 어닐링 단계 동안 형성되는 오스테나이트는 적어도 부분적으로 마텐자이트에서 변태되는 것이 바람직하다. 켄칭 온도 (QT) 는 강의 Ms 변태점 미만이어야 하고 그리고 냉각 속도는 적어도 마텐자이트를 포함하는 켄칭 직후의 조직을 얻기에 충분하다. 임계 마텐자이트 냉각 속도인 최소 냉각 속도는 적어도 강의 화학 조성에 따르고 그리고 당업자는 이를 결정하는 방법을 안다. 바람직하게는 상당한 함량의 잔류 오스테나이트를 포함하는 조직을 가지는 것이 바람직하기 때문에, QT 온도는 너무 낮이 않아야 하고 그리고 원하는 함량의 잔류 오스테나이트에 따라서 선택되어야 한다. 이러한 이유로, 켄칭 온도는 상당한 양의 잔류 오스테나이트를 갖도록 Ms 변태점 미만의 190 ℃ 와 80 ℃ 사이이다. 하지만, 켄칭 온도는 190 ℃ 미만인데, 이는 이 온도 초과이면, 잔류 오스테나이트의 양이 너무 중요해지고 그리고 이러한 잔류 오스테나이트는 파티셔닝 및 주위 온도으로 냉각 후에 새로운 마텐자이트로 변태될 수 있기 때문이고, 이는 연성에 해롭다. 보다 자세하게는, 강의 각각의 화학적 조성에 대하여 최적의 잔류 오스테나이트 함량을 이론적으로 얻을 수 있는 최적의 켄칭 온도 (QTop) 를 결정할 수 있다. 이러한 최적의 켄칭 온도는 강의 화학적 조성과 발명자들에 의해 새롭게 수립된 Ms 사이의 관계를 사용하여 산출될 수 있다:
Ms = 561 - 474×C - 33×Mn - 17×Cr - 21×Mo - 11×Si - 17×Ni + 10×Al
그리고, Koistinen Marburger 관계식:
fα' = 1 - exp{-0.011 × (Ms-T)}
fα' 는 켄칭 동안 온도 (T) 에서의 마텐자이트의 비율이며,
온도 (QT) 로 켄칭한 후, 강은 QT 초과의 온도에서 과시효되고, 이러한 과시효로 인해, 마텐자이트와 잔류 오스테나이트 사이의 탄소의 파티셔닝이 완전히 달성된다고 가정한 것이다.
당업자는 이러한 산출을 하는 방법을 알고 있다.
최적의 켄칭 온도 (QTop) 는 반드시 실제 열처리를 하기 위해 선택되는 켄칭 온도 (QT) 일 필요는 없다. 바람직하게는, 켄칭 온도가 너무 높은 경우에는, 파티셔닝 후에, 오스테나이트가 새로운 마텐자이트에서 적어도 부분적으로 변형되고 수득된 조직이 매우 취성이기 때문에, 켄칭 온도 (QT) 는 이러한 최적의 켄칭 온도와 동일하거나 근접하게 선택되며, 바람직하게는 190 ℃ 미만이다. 본 발명에 따른 강에 의하면, 전체 오스테나이트화 후에 얻을 수 있는 최대 잔류 오스테나이트 함량은 20 % 내지 45 % 이다. 과시효 동안에 또는 그 이후에, 잔류 오스테나이트의 일부는 베이나이트 또는 새로운 마텐자이트로 변형될 수 있으며, 전체 오스테나이트화 후에 얻어진 조직은 일부 페라이트 또는 일부 베이나이트를 포함하며, 이러한 성분의 총 함량은 10 % 미만, 바람직하게는 5 % 미만이며, 조직은 적어도 65 % 의 마텐자이트를 함유한다. 본 발명에 따른 강에 의하면, 켄칭 온도 (QT) 가 80 ℃ 미만인 경우, 조직의 오스테나이트 함량은 약 8 % 미만으로 너무 낮고, 심지어 전체 마텐자이트일 수 있다. 이 경우, 파티셔닝 후에 얻어진 조직은 매우 취성일 수 있다.
오스테나이트화가 충분하지 않을 때, 즉 어닐링 온도가 강의 Ac1 변태점과 Ac3 변태점 사이에 있을 때, 오스테나이트 및 마텐자이트의 함량은 어닐링 후의 페라이트의 함량에, 즉 어닐링 온도에 의존한다. 그러나, 바람직하게는, 페라이트 함량은 10 % 내지 40 %, 보다 바람직하게는 15 % 초과, 보다 바람직하게는 35 % 미만이고, 마텐자이트 함량은 50 % 이상이며, 잔류 오스테나이트 함량은 10 % 이상, 바람직하게는 15 % 이상이다.
조직이 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트를 함유하는 경우, 과시효의 목적은 상당한 양의 베이나이트 및/또는 탄화물의 형성없이 TRIP 효과를 가능하게 하도록 마텐자이트의 연성을 향상시키고 오스테나이트의 탄소 함량을 증가시키기 위해 마텐자이트로부터 잔류 오스테나이트로 탄소를 일반적으로 전달하는 것이다. 이를 위해, 탄소 중의 오스테나이트의 부화가 충분하도록 과시효 온도 (PT) 는 350 ℃ 내지 500 ℃ 이어야 하고, 과시효 시간 (Pt) 는 5 초 이상, 바람직하게는 90 초 초과이어야 한다. 그러나, 베이나이트와 같은 조직에서 오스테나이트의 분해가 없거나 거의 없도록 하기 위해 이 시간은 너무 길어서는 안되며, 바람직하게는 600 초 이하여야 한다. 임의의 경우, 과시효 온도 (PT) 는 마텐자이트로부터 오스테나이트로의 충분한 탄소 전달을 갖기 위해, 즉 충분한 파티셔닝을 갖기 위해 어닐링 라인의 특성 및 시트의 두께에 의존하는 과시효 시간 (Pt) 이 주어지면 충분히 높게 선택되어야 한다.
특정 실시형태에서, 과시효 온도 (PT) 는 용융 코팅의 최적 온도와 동일하고, 즉 440℃ 내지 470℃, 통상적으로 약 460℃ 이다. 또한, 과시효는 적어도 부분적으로는 용융 도금 욕에서의 시트의 통과에 의해 이루어질 수 있다. 이 경우, 과시효 온도는 5 초 내지 60 초이다. 코팅 층을 갈바닐링을 위해 480℃ 내지 570℃ 의 온도에서 가열 및 유지시켜 합금화한 경우, 이 처리는 강의 과시효에 기여할 것이다.
보다 정확하게는, 0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %, 4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %, 1.4 % ≤Si ≤ 1.8 %, 0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %, 잔부 Fe 및 불순물인 조성을 갖는 강에 의하면, CMnIndex 가 0.6 % 미만으로 유지되는 경우에 항복 강도 (YS) 가 1100 ㎫ 초과이고 인장 강도 (TS) 가 1350 ㎫ 초과이고 균일 연신율 (UE) 이 10 % 초과이고 총 연신율 (TE) 이 12 % 초과인 고강도 강 시트를 얻을 수 있다. 이러한 특성은, 조직이 상당한 함량의 잔류 오스테나이트를 갖고서 본질적으로 마텐자이트인 경우, 바람직하게는 65 % 초과의 마텐자이트 및 20 % 초과의 잔류 오스테나이트를 함유하고 페라이트 및 베이나이트 함량의 합계가 10 % 미만인 경우, 얻을 수 있다.
시트는 코팅될 수 있거나 코팅되지 않을 수 있다. 코팅되는 경우, 시트는 갈바나이징되거나 갈바닐링될 수 있다.
상기 강을 얻으려면, 시트를 강의 Ac3 변태점 초과의 온도에서 어닐링하고 Ms 변태점 미만의 온도로 켄칭시킨 후에 과시효 온도까지 재가열할 필요가 있다.
Ac3 변태점과 관련하여, 이 강에 대해서는, Al 함량이 0.5 % 미만인 경우에 약 750 ℃ 미만인 반면에, 그러한 카테고리의 시트를 제조하는데 일반적으로 사용되는 강의 경우에는 약 850 ℃ 이다. 약 100 ℃ 의 이러한 차이는 매우 중요한데, 왜냐하면 850 ℃ 초과의 온도까지 시트를 가열하는 것보다는 단지 750 ℃ 초과의 온도까지 시트를 가열하는 것이 더 쉽기 때문이다. 가열은 에너지를 덜 필요로 하며 더 빠를 수 있다. 따라서 더 양호한 생산성을 가질 수 있고, 동시에 Ac1 점과 Ac3 점이 너무 가깝지 않아야 하는데, 왜냐하면, 너무 가깝다면, 작은 어닐링 온도 변화에 의해 상 부분 (phase fractions) 의 큰 변형이 유발되고 결과적으로 불안정한 기계적 특성이 유발됨으로 인해, 강의 견고성이 손상될 것이기 때문이다.
Al 함량이 1.4 % 내지 2.5 % 인 경우, Ac3 변태점은 850 ℃ 초과일 수 있지만, 강의 용접성은 향상된다.
이 강에 의하면, 적어도 50 % 의 마텐자이트, 적어도 10 %, 바람직하게는 적어도 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 적어도 10 %, 바람직하게는 적어도 15 % 의 페라이트를 함유하는 조직을 갖는 시트를 또한 얻을 수 있다. 이를 위해, 어닐링 온도는 Ac1 변태점과 Ac3 변태점 사이이어야 하며, 켄칭 온도는 Ms 변태점 미만이어야 한다. 항복 강도는 1300 ㎫ 초과일 수 있고 총 연신율은 약 14 % 일 수 있는데, 이는 시트의 성형성에 매우 좋다. 그러나 항복 강도는 단지 약 750 ㎫ 이다.
0.15 % 내지 0.25 % C, 6.5 % 내지 7.5 % Mn, 1.4 % 내지 1.8 % Si, 0.03 ≤ Al ≤ 2.5 % 을 함유하고 잔부가 Fe 및 불순물인 강의 경우, 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어진 조직으로 1000 ㎫ 초과의 항복 강도 및 1100 ㎫ 초과의 인장 강도를 획득하는 것이 가능하다. 높은 Mn 함량으로 인해, 이 강의 Ac1 및 Ms 변태점들은 현저하게 낮아진다: 450 ℃ 미만의 Ac1 및 250 ℃ 미만의 Ms. 또한, Ac3 는 Al 함량이 0.5 % 미만이면 낮아진다. 이 경우, Ac3 는 700 ℃ 미만일 수 있다. 이는, 열처리의 실현이 더 용이하므로, 즉 더 빠른 어닐링 및 에너지를 덜 소비하는 어닐링 처리가 가능하므로 유용하다.
표 1 에 기재된 조성을 갖는 강들로 제조된 시트들을 열간 압연에 의해 생산하였고, 열간 압연 시트들은 2.4 ㎜ 의 두께를 갖는다. 열간 압연 시트들은 600 ℃ 에서 5 시간 동안 배치 (batch) 어닐링되었고, 그리고 나서 산세 및 냉간 압연되어, 두께 1.2 ㎜ 의 시트들을 획득하였다. 그리고 나서, 이 시트들을 열처리하였다.
열처리 전에, 각 조성에 대해 최적의 켄칭 온도 (QTop) 를 결정하였다. 이 최적의 켄칭 온도는, 열처리 후에 조직에서 최대 오스테나이트 함량을 획득하기 위해 이론적으로 켄칭이 정지되어야 하는 온도이다. 그렇지만, 이것이 반드시, 실제 열처리를 위해 선택하는 것이 바람직한 QT 온도인 것은 아니다.
각각의 열처리는 어닐링 온도 (AT) 에서의 어닐링, 켄칭 온도 (QT) 까지의 켄칭, 과시효 시간 (Pt) 동안의 과시효 온도 (PT) 에서의 과시효를 포함하였다. 조직 및 기계적 특성 YS, TS, UE 및 TE 를 측정하였다.
강들의 탄소-망간 인덱스 CMnIndex, Ae1, Ae3 및 Ms 변태점들의 값들, 및 최적의 켄칭 온도 (QTop) 가 표 1 에 기재되어 있다. Ae1 및 Ae3 변태점들은 평형에서의 값들이고, 가열 변태점인 Ac1 및 Ac3 와 달리 가열 속도 또는 변태 온도에서의 유지 시간에 의존하지 않는다. 가열 변태점들의 값들은 평형값들보다 항상 더 높고, 실제 처리 조건에 의존한다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 각각의 구체적인 경우에 고려되어야 하는 변태점의 값을 결정하는 방법을 알고 있다. 비교로서 주어지거나 본 발명에 따른 강의 처리로부터 얻어지는 조건, 조직 및 기계적 특성이 표 2 및 표 3 에 기재되어 있다. 본 발명의 범위 밖의 강에 해당하는 반례들이 표 4 에 기재되어 있다.
Figure 112022066388548-pat00001
이 표에서, 캐스트 (cast) H166 및 H167 은 본 발명의 실시예이다. 캐스트 H240, H169 및 H170 는 본 발명의 범위 밖이고, 비교로서 주어진다.
Figure 112022066388548-pat00002
Figure 112022066388548-pat00003
Figure 112022066388548-pat00004
실시예 1 내지 19 는 본 발명에 따른 0.2 % 의 C, 5 % 의 Mn, 1.6 % 의 Si 및 0.03 % 의 Al 을 함유하는 강에 관련된다. 실시예 1 은 종래 기술에 따른 켄칭 및 템퍼링의 처리에 해당하며, 켄칭은 주위 온도까지 내려가고 조직은 거의 전적으로 마텐자이트이다. 실시예 19 의 경우, 어닐링은 이상영역 (intercritical) 이다. 실시예 2 내지 19 전부는, 700 ㎫ 초과의 항복 강도 및 1100 ㎫ 초과의 인장 강도를 획득하는 것이 가능하다는 것을 보여준다. 실시예 2, 3, 4, 12, 13, 14 및 16 은, 160 ℃ 이하 120 ℃ 이상의 켄칭 온도 및 500 초 동안의 400 ℃ 에서의 파티셔닝 (또는 과시효) 으로, 1050 ㎫ 초과의 항복 강도 및 1350 ㎫ 초과의 인장 강도를 획득하는 것이 가능하다는 것을 보여준다. 그렇지만, 켄칭 온도가 160 ℃ 초과이면 (실시예 5, 6, 7 및 15), 인장 강도가 적어도 1342 ㎫ 이더라도, 항복 강도는 여전히 1000 ㎫ 미만이다. 실시예 2, 3, 4, 8, 9, 12, 14 및 19 는, 10 % 초과의 균일 연신율 UE 및 12 % 초과의 총 연신율 TE 를 획득하는 것이 가능하다는 것을 보여준다. 총 연신율이 균일 연신율과 동일한 실시예 1, 6 및 7 은 매우 취성이며, 180 ℃ 미만으로 남아야 한다는 것을 보여준다. 실시예 1 은, 총 켄칭으로 획득되는 항복 강도 및 인장 강도가 부분 켄칭의 경우보다 더 높지만 샘플들이 매우 잘 부서진다는 것을 보여준다.
높은 함량의 알루미늄을 가지므로 더 용이하게 용접가능한 강의 실시예 20 내지 25 는 매우 양호한 특성, 예컨대 적어도 950 ㎫ 의 항복 강도, 적어도 1315 ㎫ 의 인장 강도, 12 % 초과의 균일 연신율 및 15 % 초과의 총 연신율 (실시예 20 및 21) 을 가질 수 있다. 그렇지만, 실시예 23 내지 25 의 비교는, 항복 강도 또는 균일 연신율을 악화시키지 않기 위해 어닐링 온도가 1000 ℃ 미만으로 남는 것이 바람직하다는 것을 보여준다.
반례 27 내지 32 는, 7.5 % 의 망간을 함유하고 0.6 초과의 탄소 당량 Ceq 을 갖는 강의 경우, 높은 항복 강도 및 높은 인장 강도 (YS > 700 ㎫ 및 Ts > 100 ㎫) 를 획득하는 것이 가능하지만 모든 실시예들이 매우 잘 부서진다는 것을 보여준다. 총 연신율은 균일 연신율과 항상 동일하고 매우 낮다.
반례 33 내지 38 은, 0.73 의 탄소 당량 Ceq 을 갖는 강 H167 의 경우 매우 잘 부서진다는 것을 보여준다.
규소를 함유하지 않는 강에 관련된 반례 39 내지 44 는, 항복 강도 및 인장 강도가 본 발명에 따른 강의 항복 강도 및 인장 강도와 유사하더라도, 연신율이 결코 그만큼 높지 않다는 것을 보여준다. 최대 균일 연신율은 6.7 이고, 최대 총 연신율은 9.4 이다 (실시예 41).

Claims (29)

  1. 강 시트의 제조 방법으로서,
    상기 강 시트는 1100 ㎫ 초과의 인장 강도, 700 ㎫ 초과의 항복 강도, 적어도 8.0 % 의 균일 연신율 (UE: uniform elongation) 및 적어도 10.0 % 의 총 연신율 (TE) 을 가지고, 상기 강 시트는 중량 % 로:
    0.1 % ≤ C ≤ 0.25 %
    4.5 % ≤ Mn ≤ 10 %
    1 % ≤ Si ≤ 3 %
    0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %
    를 함유하고, 잔부는 Fe 및 제련으로부터 생기는 불순물인 화학 조성을 가지는 강으로 만들어지고, 상기 화학 조성은:
    CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
    이도록 되어 있고,
    상기 방법은:
    - 상기 강의 Ac1 변태점 초과이지만 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 (AT) 에서 상기 강으로 만들어진 압연된 시트를 소킹 (soaking) 함으로써 상기 압연된 시트를 어닐링하여, 어닐링된 시트를 획득하는 단계,
    - 상기 어닐링된 시트를, 냉각 직후에 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트를 함유하는 조직을 가지는 켄칭된 시트를 획득하기에 충분한 냉각 속도로 190 ℃ 내지 80 ℃ 의 켄칭 온도 (QT) 까지 냉각시키는 단계,
    - 350 ℃ 내지 500 ℃ 의 과시효 온도 (PT) 에서 5 s 초과의 과시효 시간 (Pt) 동안 상기 켄칭된 시트를 유지시키는 단계, 및
    - 상기 강 시트를 주위 온도까지 냉각시키는 단계
    를 포함하는, 강 시트의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은 하기의 조건들:
    0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
    4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %
    1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
    0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %
    C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
    이도록 되어 있고, 상기 어닐링 온도 (AT) 는 760 ℃ 초과이고, 상기 켄칭 온도 (QT) 는 170 ℃ 미만이며, 상기 강 시트의 상기 조직은 20 % 내지 30 % 의 잔류 오스테나이트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 켄칭 온도 (QT) 는 150 ℃ 미만인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 과시효 온도 (PT) 는 380 ℃ 내지 470 ℃ 이고, 상기 과시효 시간 (Pt) 은 90 s 내지 600 s 인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
    6.5 % ≤ Mn ≤ 7.5 %
    1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
    0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
    C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
    이도록 되어 있고, 상기 어닐링 온도 (AT) 는 710 ℃ 초과이고, 상기 켄칭 온도 (QT) 는 120 ℃ 내지 180 ℃ 이며, 상기 과시효 온도 (PT) 는 350 ℃ 내지 470 ℃ 이고, 상기 과시효 시간 (Pt) 은 5 s 내지 600 s 인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
    4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %
    1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
    0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
    C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
    이도록 되어 있고, 상기 어닐링 온도 (AT) 는 상기 강의 Ac3 변태점 미만이고, 상기 켄칭 온도 (QT) 는 110 ℃ 내지 170 ℃ 이며, 상기 과시효 온도 (PT) 는 350 ℃ 내지 500 ℃ 이고, 상기 과시효 시간 (Pt) 은 5 s 내지 600 s 인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    0.03 % ≤ Al ≤ 0.5 %
    이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    Si + Al ≥ 1.4 %
    이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    1.4 % ≤ Al ≤ 2.5 %
    이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 인장 강도 (TS) 는 적어도 1315 MPa 이고, 상기 항복 강도 (YS) 는 적어도 950 MPa 이고, 상기 균일 연신율 (UE) 은 12% 초과이고, 상기 총 연신율 (TE) 은 15% 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과시효 온도 (PT) 는 440 ℃ 내지 470 ℃ 이고, 상기 과시효 시간 (Pt) 은 5 s 내지 60 s 인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 과시효 온도 (PT) 에서 상기 켄칭된 시트를 유지시키는 단계의 적어도 일부는 상기 켄칭된 시트를 용융 코팅욕 (hot dip coating bath) 에 통과시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 용융 코팅욕을 통과시킨 이후에 그리고 주위 온도까지 냉각시키기 이전에, 상기 강 시트는 480 ℃ 내지 570 ℃ 의 온도에서 추가로 유지되는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    어닐링, 켄칭 및 과시효는 연속 열처리 라인에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압연된 시트는 압연에 의해 제조되고, 압연에 의한 상기 압연된 시트의 제조는 열간 압연 및 냉간 압연을 포함하는 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 항복 강도 (YS) 는 1050 MPa 초과이고, 상기 인장 강도 (TS) 는 1350 MPa 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 균일 연신율 (UE) 은 10% 초과이고, 상기 총 연신율 (TE) 은 12% 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 켄칭 온도는 120 ℃ 내지 160 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 강 시트의 제조 방법.
  19. 강 시트로서,
    상기 강 시트는 1100 ㎫ 초과의 인장 강도, 700 ㎫ 초과의 항복 강도, 적어도 8.0 % 의 균일 연신율 (UE), 및 적어도 10.0 % 의 총 연신율 (TE) 을 가지고,
    상기 강 시트는, 중량 % 로:
    0.1 % ≤ C ≤ 0.25 %
    4.5 % ≤ Mn ≤ 10 %
    1 % ≤ Si ≤ 3 %
    0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %
    를 함유하고, 잔부는 Fe 및 제련으로부터 생기는 불순물인 화학 조성을 가지는 강으로 만들어지고, 상기 화학 조성은:
    CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
    이도록 되어 있는, 강 시트.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
    4.5 % ≤ Mn ≤ 5.5 %
    1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
    0.03 % ≤ Al ≤ 2.5 %
    CMnIndex = C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
    이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 항복 강도 (YS) 는 1100 ㎫ 초과이고, 상기 인장 강도 (TS) 는 1350　㎫ 초과이며, 상기 균일 연신율 (UE) 은 10 % 초과이고, 또한 상기 총 연신율 (TE) 은 12 % 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    0.15 % ≤ C ≤ 0.25 %
    6.5 % ≤ Mn ≤ 7.5 %
    1.4 % ≤ Si ≤ 1.8 %
    0.03 ≤ Al ≤ 2.5 %
    C×(1 + Mn/3.5) ≤ 0.6
    이도록 되어 있고, 상기 항복 강도 (YS) 는 1000 ㎫ 초과이고, 상기 인장 강도 (TS) 는 1100 ㎫ 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    0.03 % ≤ Al ≤ 0.5 %
    이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    Si + Al ≥ 1.4 %
    이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은:
    1.4 % ≤ Al ≤ 2.5 %
    이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  26. 제 19 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 인장 강도 (TS) 는 적어도 1315 MPa 이고, 상기 항복 강도 (YS) 는 적어도 950 MPa 이고, 상기 균일 연신율 (UE) 은 12% 초과이고, 상기 총 연신율 (TE) 은 15% 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  27. 제 19 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트의 적어도 하나의 면은 금속 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 항복 강도 (YS) 는 1050 MPa 초과이고, 상기 인장 강도 (TS) 는 1350 MPa 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 균일 연신율 (UE) 은 10% 초과이고, 상기 총 연신율 (TE) 은 12% 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
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