KR102493114B1 - 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
제 1 기준 처리 및 최종 기준 처리를 포함하는 기준 열 처리에 의해 획득가능한, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법은 적어도 과시효를 포함한다. 방법은, 적어도 하나의 작동점을 설정할 수 있는 적어도 과시효 수단을 구비하는 장비에서 열 처리하는 단계를 포함하고, 최종 처리는 과시효 수단의 작동점에 따라 2 개의 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 을 산출할 수 있는 과시효를 포함한다. 최소 OAP1min 및 최대 OAP2max 최종 처리 파라미터들은 원하는 특성들을 획득하기 위해서 결정되고, OAP1 ≥ OAP1min 이고 OAP2 ≤ OAP2max 이도록 과시효 섹션 수단의 적어도 하나의 작동점들이 결정된다. 그에 맞춰, 피스는 열 처리된다. 파라미터들은 시간 (t) 에서 온도 T(t) 와 수학식 (Ⅰ) 을 이용한다.
Description
본 발명은 특히 연속 어닐링 라인에서 고강도 강 피스들의 제조에 관련된다.
특히, 자동차들의 에너지 효율성을 개선하도록, 중량 감소가 요구된다. 이것은 보디 부품들을 제조하기 위해서 개선된 항복 강도 및 인장 강도를 가지는 강 피스들 또는 판들을 사용함으로써 가능하다. 이런 강들은 또한 쉽게 성형되도록 양호한 연성을 가져야 한다.
이 목적으로, 적어도 마텐자이트와 잔류 오스테나이트를 함유한 조직을 가지도록 열 처리된, C-Mn-Si 강들로 만들어진 피스들을 사용하는 것을 제안하였다. 열 처리는 적어도 어닐링 단계, 켄칭 (quenching) 단계 및 탄소 파티셔닝 (partitioning) 단계를 포함한다. 어닐링은 적어도 부분적으로 오스테나이트인 초기 조직을 획득하도록 강의 Ac1 변태점보다 높은 온도에서 수행된다. 켄칭은 적어도 약간의 마텐자이트와 약간의 잔류 오스테나이트를 함유한 조직을 획득하도록 초기의 적어도 부분적으로 오스테나이트인 조직의 Ms 변태 온도와 Mf 변태 온도 사이에 포함된 켄칭 온도로 급속 냉각함으로써 수행되고, 잔부는 페라이트 및/또는 베이나이트이다. 바람직하게, 켄칭 온도는 어닐링 온도를 고려해 잔류 오스테나이트의 최고 가능한 비율을 획득하도록 선택된다. 어닐링 온도가 강의 Ac3 변태점보다 높을 때, 초기 조직은 완전히 오스테나이트이고 Ms 와 Mf 사이 온도에서 켄칭으로부터 직접 유발되는 조직은 단지 마텐자이트와 잔류 오스테나이트만 함유한다.
(본 발명의 맥락 내에서 "과시효" 로도 불리는) 탄소 파티셔닝은 켄칭 온도로부터, 켄칭 온도보다 높고 강의 Ac1 변태 온도보다 낮은 온도까지 가열함으로써 수행된다. 이것은, 탄화물들을 형성하지 않으면서, 탄소를 마텐자이트와 오스테나이트 사이에서 파티셔닝하는 것을 가능하게 하고, 즉, 탄소를 마텐자이트로부터 오스테나이트로 확산하는 것을 가능하게 한다. 파티셔닝 정도는 과시효 단계의 지속기간에 따라 증가한다. 따라서, 과시효 지속기간은 가능한 한 완전한 파티셔닝을 제공하기에 충분히 길도록 선택된다. 하지만, 너무 긴 지속기간은 오스테나이트의 분해와 마텐자이트의 너무 높은 파티셔닝, 따라서 기계적 특성들의 저하를 유발할 수 있다. 따라서, 과시효 지속기간은 페라이트의 형성을 가능한 한 많이 회피하도록 제한된다.
더욱이, 피스들은 핫 디프 (hot dip) 코팅될 수도 있고, 이것은 추가 열 처리를 발생시킨다. 그래서, 피스들이 초기 열 처리 후 핫 디프 코팅되어야 한다면, 초기 열 처리 조건들이 결정될 때 핫 디프 코팅 효과가 고려되어야 한다.
피스는 연속 어닐링 라인에서 제조된 강판일 수도 있고, 판의 병진운동 속도는 판의 두께에 의존한다. 연속 어닐링 라인의 길이는 고정되므로, 특정 판의 열 처리 지속기간은 판의 병진운동 속도, 즉 판의 두께에 의존한다. 따라서, 열 처리 조건들, 보다 구체적으로 과시효 온도 및 지속기간은 판의 화학 조성뿐만 아니라 판의 두께에 따라 각각의 판에 대해 결정되어야 한다.
판들의 두께가 임의의 범위 내에서 달라질 수 있으므로, 특정 라인에서 제조된 다양한 판들의 열 처리 조건들을 결정하기 위해서 매우 많은 수의 테스트들이 수행되어야 한다.
대안적으로, 피스는 또한 성형 후 노에서 열 처리되는 열 성형된 (hot formed) 블랭크일 수도 있다. 이 경우에, 켄칭 온도로부터 과시효 온도로 피스의 가열은 피스의 두께 및 크기에 의존한다. 따라서, 많은 수의 테스트들은 또한 동일한 강으로 만들어진 다양한 피스들을 위한 처리 조건들을 결정하는데 필요하다.
본 발명의 목적은, 특정 어닐링 라인 또는 특정 노와 같은 특정 장비로, 동일한 강으로 제조되지만 다양한 두께와 크기를 가지는 강 피스들을 제조하도록 수행되어야 하는 테스트들의 수를 감소시키는 수단을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 판에 대해 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 적어도 하나의 작동점을 설정할 수 있는 적어도 과시효 섹션 또는 노를 포함하는 장비에서 피스를 열 처리함으로써 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 열 처리는 적어도 작동점에 따라, 즉 적어도 하나의 작동점에 따라 2 개의 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 을 산출할 수 있는 적어도 과시효 단계를 포함한 적어도 최종 처리를 포함하고, 과시효 섹션에 대한 적어도 작동점을 설정할 수 있고, 상기 방법은:
- 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 최소 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1min) 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 를 각각 결정하는 단계,
- 작동점들로부터 기인한 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 및 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2) 가:
OAP1 ≥ OAP1min
그리고
OAP2 ≤ OAP2max 를 만족시키도록 과시효 섹션의 적어도 작동점들을 결정하는 단계,
- 결정된 작동점들에 따라 가동하는 장비에서 상기 피스를 열 처리하는 단계를 포함한다.
본 방법은 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법이고, 상기 피스는 상기 강 피스에 규정된 조직을 부여하는 제 1 기준 처리, 및 적어도 과시효를 포함한 최종 기준 처리를 포함하는 기준 열 처리에 의해 상기 원하는 기계적 특성들을 획득할 수 있는 것으로 알려진 강으로 만들어진다. 상기 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법은 피스를 위한 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 적어도 과시효 수단을 포함하는 장비에서 피스를 열 처리하는 단계를 포함한다. 열 처리하는 단계는 상기 제 1 기준 처리로부터 유발되는 규정된 조직이외에도 동일한 조직을 가지는 강 피스에서 수행되는 적어도 최종 처리를 포함한다. 최종 처리는, 적어도 하나의 작동점을 설정할 수 있고, 상기 과시효 수단의 상기 적어도 하나의 작동점에 따라 2 개의 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 을 산출할 수 있는, 상기 과시효 수단에서 수행된 적어도 과시효 단계를 포함한다. 방법은:
- 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 최소 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1min) 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 를 각각 결정하는 단계,
- 작동점들로부터 기인한 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 및 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2) 가:
OAP1 ≥ OAP1min
그리고
OAP2 ≤ OAP2max 를 만족시키도록 과시효 섹션 수단의 적어도 하나의 작동점들을 적어도 결정하는 단계,
- 결정된 작동점들에 따라 가동하는 장비에서 상기 피스를 열 처리하는 단계를 포함하고,
- T(t) 가 시간 (t) 에서 상기 강 피스의 온도 (단위: ℃) 이고, t0 이 최종 처리 개시 시간이고 tf 가 최종 처리 종료 시간이라면:
- 대응하는 제 1 과시효 파라미터 (OAP1) 는:
- 여기에서 Q = 탄소 확산 활성화 에너지이고
- R = 이상 가스 상수이고,
- 제 2 과시효 파라미터 (OAP2) 는:
- T0 은 시간 (t0) 에서 온도이다.
본 발명의 다른 유리한 양태들에 따르면, 방법은 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 고려된 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다:
- 원하는 기계적 특성들은 항복 강도 및/또는 인장 강도와 같은 적어도 트랙션 (traction) 특성 및 총 연신율 및/또는 균일 연신율 및/또는 구멍 확장비 및/또는 휨 특성들과 같은 적어도 연성 특성에 대한 최소값들이고,
- 상기 제 1 기준 처리는 켄칭 전 적어도 50% 의 오스테나이트를 함유한 조직을 획득하도록 강의 Ac1 변태점보다 높은 온도로 어닐링하고, 켄칭 직후 적어도 마텐자이트와 오스테나이트를 포함한 조직을 획득하도록 강의 Ms 변태점보다 낮은 온도 (QT) 로 켄칭하는 것을 포함하고, 상기 과시효는 켄칭 온도 (QT) 이상이고 강의 Ac1 변태점보다 낮은 온도에서 수행되고,
- 상기 어닐링은 켄칭 전 완전히 오스테나이트인 조직을 획득하도록 Ac3 보다 높은 온도에서 수행되고,
- 상기 최종 처리로부터 유발되는 조직이 적어도 10% 의 오스테나이트를 함유하도록 켄칭 온도 (QT) 가 되어 있고,
- 과시효는, 켄칭 온도 (QT) 로부터, 켄칭에서 유발되는 조직의 Ac1 변태 온도보다 낮은 과시효 온도 (TOA) 로 상기 피스를 가열, 이 온도로 유지하는 단계로 구성되고, 과시효는 지속기간 (tOA) 을 가지고;
- 열 처리는, 최종 처리 전, 강에 부분적으로 또는 전적으로 오스테나이트의 초기 조직을 부여하도록 강의 Ac1 변태 온도보다 높은 어닐링 온도 (AT) 에서 어닐링하고, 적어도 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트를 함유한 켄칭 조직을 획득하도록 초기 조직의 Ms 변태 온도보다 낮은 켄칭 온도 (QT) 로 켄칭하는 단계를 포함하고;
- 최종 처리는, 상기 과시효 단계에 추가로 핫 디프 코팅 단계, 예를 들어 갈바나이징 또는 갈바닐링 단계를 포함하고,
- 상기 강 피스는 연속 라인에서 제조된 강판이고 상기 과시효 수단은 연속 어닐링 라인의 과시효 섹션이고, 상기 과시효 섹션으로 진입 전, 상기 판은 상기 제 1 기준 처리에 따라 어닐링 및 켄칭되고,
- 상기 판은 속도 (V) 로 이동하고, 결정된 작동점들은 다음 작동점들: 판의 속도, 히트 파워 및 과시효 온도 중 적어도 하나를 포함하고;
- 상기 강 피스는 열 성형된 피스이고 과시효 수단은 피스가 유지되는 노이고, 노로 진입하기 직전, 열 성형된 피스의 조직은 제 1 기준 처리 후 피스의 조직과 동일하고,
- 결정된 작동점들은 다음 작동점들: 노에서 피스의 유지 지속기간, 히트 파워 및 과시효 온도 중 적어도 하나를 포함하고;
- 최소 제 1 최종 처리 파라미터 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터를 결정하기 위해서, 복수의 실험들은, 바람직하게 10 ℃/s 초과 가열 속도로 온도 (QT) 로부터 유지 온도 (Th) 까지 매우 빠르게 가열하고, 복수의 지속기간들 (tm) 동안 유지 온도 (Th) 로 유지하는 단계, 및 바람직하게 10 ℃/s 보다 높고 조직에서 새로운 (fresh) 마텐자이트를 형성하지 않도록 너무 높지 않은 냉각 속도로 실온으로 매우 빠르게 냉각하는 것으로 구성된 과시효로 수행되고,
- 최소 제 1 최종 처리 파라미터 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터를 결정하기 위해서, 실험들은 예를 들어 두께 (e) 를 가지는 판으로 연속 어닐링 라인에서 수행되고,
- 강의 화학 조성은 중량% 로:
0.1% ≤ C ≤ 0.5%
0.5% ≤ Si ≤ 2%
1% ≤ Mn ≤ 7%
Al ≤ 2%
P ≤ 0.02%
S ≤ 0.01%
N ≤ 0.02%
Ni, Cr, Mo, Cu, Nb, V, Ti, Zr 및 B 에서 선택된 하나 이상의 원소들을 선택적으로 포함하고, 상기 원소들의 함량들은:
Ni ≤ 0.5%,
0.1% ≤ Cr ≤ 0.5%,
0.1% ≤ Mo ≤ 0.03%
Cu ≤ 0.5%
0.02% ≤ Nb ≤ 0.05% 이도록 되어 있고,
- Q = 148000 J/mol, R = 8,314 J/(mol.K), 시간 (단위: 초), a = b = 0.016 이다. 이 값들은 ㎫ 로 표현된 최종 조직의 항복 강도 감소를 산출하는 것을 가능하게 한다.
이하, 본 발명은 다음 도면들을 고려해서 더 상세히 제한 없이 설명될 것이다.
도 1 은 실험실 장비에서 수행된 열 처리 스케줄에 대한 개략적 시간/온도 곡선이다.
도 2 는 핫 디프 코팅 없이 연속 어닐링 라인에서 수행된 다른 두께를 가지는 2 개의 판들의 열 처리에 대한 개략적 시간/온도 곡선들이다.
도 3 은 갈바나이징 단계를 포함하는 연속 라인에서 수행된 판의 열 처리에 대한 시간/온도 곡선이다.
도 4 는 추가 갈바닐링 단계를 포함하는 연속 라인에서 수행된 판의 열 처리에 대한 시간/온도 곡선이다.
도 2 는 핫 디프 코팅 없이 연속 어닐링 라인에서 수행된 다른 두께를 가지는 2 개의 판들의 열 처리에 대한 개략적 시간/온도 곡선들이다.
도 3 은 갈바나이징 단계를 포함하는 연속 라인에서 수행된 판의 열 처리에 대한 시간/온도 곡선이다.
도 4 는 추가 갈바닐링 단계를 포함하는 연속 라인에서 수행된 판의 열 처리에 대한 시간/온도 곡선이다.
본 기술분야에서, 당업자가 원하는 특성들을 가지는 강으로 만들어진 피스를 제조하고자 할 때, 당업자는 강에 바라는 특성들을 부여할 수 있는 적합한 강 및 열 처리를 선택하는 방법을 알고 있음은 잘 알려져 있다. 하지만, 당업자는 각각의 특정 피스 및 피스를 제조하는데 사용될 장비에 열 처리를 적합화시켜야 한다.
피스가 연속 라인에서 제조될 판이라면, 장비는, 예를 들어, 적어도 과시효 섹션을 포함하는, 자체 공지된 연속 어닐링 라인이다. 판이 핫 디프 코팅되어야 한다면, 장비는 또한 연속 어닐링 라인에서 분리되거나 연속 어닐링 라인에 포함될 수 있는 적어도 핫 디프 코팅 수단을 포함한다.
피스가 열 성형 및 열 처리에 의해 제조된다면, 장비는 적어도 과시효 노들을 포함한다.
모든 경우에, 과시효 수단은, 본 기술분야에서 잘 알려진 대로, 설정점들이 고정된 노들이다. 이 설정점들은 예를 들어 하나 이상의 온도, 히트 파워, 노에서 피스의 체류 지속기간, 연속 라인에 대한 판의 병진운동 속도 등이다. 각각의 장비에 대해, 본 기술분야의 당업자들은 어느 설정점들이 고정되어야 하는지 그리고 피스에 의해 겪게 되는 열 사이클에 의해 규정된 특정 열 처리를 달성하기 위해서 이 설정점들로 고정되어야 하는 값을 결정하는 방법을 알고 있다.
전술한 대로, 본 발명의 목적은, 원하는 특성들을 가지는 어떤 특정 피스를 제조할지 알고 있고 어떤 유형의 열 처리, 특히 켄칭 및 파티셔닝 처리와 어떤 강을 사용할지 알고 있는 당업자에게, 특정 장비를 사용해 피스에 적합한 열 처리를 달성하는 방법을 쉽게 결정할 수 있는 방법을 제안하는 것이다.
연속 어닐링 라인들에서 어닐링, 부분 켄칭 및 과시효에 의해 제조된 고강도 성형가능한 강 피스들은 종종 중량% 로 다음을 함유한 강들로 제조된다:
- 0.1% ≤ C ≤ 0.5%. 0.1% 이상의 탄소 함량은 만족스러운 강도를 보장하고 양호한 성형성을 획득하는데 필요한 잔류 오스테나이트를 안정화하기에 필요하다. 탄소 함량이 0.5% 를 초과한다면, 용접성은 불충분하다.
- 오스테나이트를 안정화시키고, 고용체 강화를 제공하고 과시효 동안 탄화물들의 형성을 지연하는 0.5% ≤ Si ≤ 2%. Si 함량이 2% 를 초과할 때, 코팅성에 유해한 산화규소가 판의 표면에서 발생할 수도 있다.
- 충분한 마텐자이트 비율을 갖는 조직을 획득하고, 오스테나이트를 안정화시켜서 실온에서 안정화를 촉진시키도록 충분한 경화능을 가지기 위한 1% ≤ Mn ≤ 7%. 일부 용도에 대해, Mn 함량은 바람직하게 4% 미만이다.
- Al ≤ 2% - 낮은 함량 (0.5% 미만) 으로, 알루미늄은 강을 탈산하기 위해 사용된다. 보다 높은 함량에서, Al 은 탄화물들의 형성을 지연시키는데, 이것은 오스테나이트로 탄소 파티셔닝하고 조직에서 고 비율의 잔류 오스테나이트를 획득하는데 유용하다. 바람직하게, Al 함량은 고가의 재료들 선택을 회피하기 위해 0.001% 이상이어야 한다.
- P ≤ 0.02% - 인은 탄화물 형성을 감소시켜서 오스테나이트로 탄소의 재분배를 촉진할 수도 있다. 하지만, 너무 높은 인 함량은 열간 압연 온도에서 판을 취화하고 마텐자이트 인성을 감소시킨다. 바람직하게, P 함량은 고가의 탈린 처리를 회피하기 위해서 0.001% 보다 낮지 않아야 한다.
- S ≤ 0.01%. 황 함량은 그것이 중간 또는 최종 제품을 취화할 수도 있으므로 제한되어야 한다. 바람직하게, S 함량은 고가의 탈황 처리를 회피하기 위해서 0.0001% 보다 낮지 않아야 한다.
- N ≤ 0.02%. 이 원소는 엘라보레이션 (elaboration) 으로부터 기인한다. 질소는 어닐링 중 오스테나이트 결정립도의 조대화를 제한하는 질화물들을 형성하도록 알루미늄과 조합할 수 있다. 0.001% 미만의 N 함량을 갖는 강들의 제조는 더욱 어렵고 부가적 이점을 제공하지 않는다.
- 선택적으로, 강은: Ni ≤ 0.5%, 0.1% ≤ Cr ≤ 0.5%; 0.1% ≤ Mo ≤ 0.3% 및 Cu ≤ 0.5% 를 함유할 수도 있다. Ni, Cr 및 Mo 는 제조 라인들에서 원하는 조직들을 획득하는 것을 가능하게 하는 경화능을 증가시킬 수 있다. 하지만, 이 원소들은 고가이고 따라서 그것의 함량들은 제한된다. 종종 잔류 원소로서 존재하는 Cu 는 강을 경화시킬 수 있고 너무 높은 함량으로 존재할 때 열간 압연 온도에서 연성을 감소시킬 수 있다.
- 선택적으로 0.02% ≤ Nb ≤ 0.05%, 0.02% ≤ V ≤ 0.05%, 0.001% ≤ Ti ≤ 0.15%, 0.002% ≤ Zr ≤ 0.3%. Nb 는 열간 압연 중 오스테나이트 결정립을 미세화 (refine) 하는데 사용될 수 있다. V 는 미세 강화 석출을 형성하도록 C 및 N 과 조합할 수도 있다. Ti 및 Zr 은 미세조직의 페라이트 성분들에 미세한 석출물들을 형성하여서 강도를 높이는데 사용될 수 있다. 더욱이, 강이 B 를 함유한다면, Ti 또는 Zr 은 붕소가 N 과 결합하는 것을 방지할 수 있다. Nb + V + Ti + Zr/2 의 합은 연성을 악화시키지 않도록 0.2% 보다 낮게 유지되어야 한다.
- 선택적으로 0.0005% ≤ B ≤ 0.005%. 붕소는 경화능을 개선하고 완전 오스테나이트 균열 (soaking) 온도로부터 냉각시 페라이트의 형성을 방지하는데 사용될 수도 있다. 그것의 함량은 0.005% 로 제한되는데 왜냐하면 이 레벨을 초과하면 추가 첨가는 비효과적이기 때문이다.
조성의 잔부는 Fe 및 엘라보레이션으로부터 유발되는 불가피한 불순물들이다. 이 조성은 가장 많이 사용된 강들의 예로서 제공되지만 제한적인 것은 아니다.
이러한 강으로, 압연된 판들 또는 열간 스탬핑된 피스들과 같은 피스들은 항복 강도, 인장 강도, 균일 연신율, 총 연신율, 구멍 확장비, 휨 특성들 등과 같은 원하는 특성들을 획득하기 위해서 제조되고 열 처리된다. 이 특성들은 화학 조성 및 열 처리로부터 기인한 마이크로그래픽 (micrographic) 조직에 의존한다.
본 발명에서 고려되는 판들에 대해, 원하는 조직, 즉 충분한 열 처리 후 최종 조직은 적어도 마텐자이트와 잔류 오스테나이트를 함유해야 하고, 잔부는 페라이트와 선택적으로 약간의 베이나이트이다. 일반적으로, 마텐자이트 함량은 10% 초과, 바람직하게 30% 초과하고, 잔류 오스테나이트는 5% 초과, 바람직하게 10% 초과한다.
전술한 대로, 이 조직은 초기의 전적으로 또는 부분적으로 오스테나이트인 조직을 획득하는 어닐링 단계, 부분 켄칭 (즉, Ms 와 Mf 사이 온도에서 켄칭) 과 그 직후 과시효, 선택적으로 그 후 디프 코팅 단계, 즉 핫 디프 코팅 단계를 포함하는 열 처리로부터 유발된다. 페라이트의 비율은 어닐링 온도로부터 기인한다. 마텐자이트와 잔류 오스테나이트의 비율은 켄칭 온도, 즉 켄칭이 중단되는 온도로부터 기인한다. 본 기술분야의 당업자들은 실험실 시험 또는 산출 중 어느 하나에 의해 열 처리로부터 유발된 조직 및 기계적 특성들을 결정하는 방법을 알고 있고, 그것의 시간/온도 곡선은 도 1 에 표시된다. 이 열 처리는 다음으로 구성된다:
- 강의 Ac1 변태점보다 높은 어닐링 온도 (AT), 즉 가열시 오스테나이트가 나타나기 시작하는 온도까지 가열 단계 (1) 로, 바람직하게 어닐링 온도는, 어닐링 온도에서 조직이 적어도 50% 의 오스테나이트를 함유하도록 선택되고, 완전 오스테나이트 조직을 획득하도록 보통 Ac3 변태점보다 더 높고, 바람직하게, 이 어닐링 온도는 오스테나이트의 결정립도를 너무 많이 조대화시키지 않도록 1050 ℃ 미만이다.
- 이 온도에서 유지하는 단계 (2).
- 켄칭한 직후 마텐자이트와 잔류 오스테나이트를 포함하는 조직을 획득하도록 어닐링으로부터 유발된 오스테나이트의 Ms (마텐자이트 개시) 와 Mf (마텐자이트 종료) 변태 온도 사이에 포함된 켄칭 온도 (QT) 까지 켄칭하는 단계 (3); 그 때문에, 켄칭은 마텐자이트 변태를 획득하기에 충분한 냉각 속도에서 수행되어야 하고, 본 기술분야의 당업자들은 이러한 냉각 속도를 결정하는 방법을 알고 있다.
- 이 경우에 과시효 온도 (PT0) 까지 급속 가열 (4), 시간 (Pt0) 동안 이 온도에서 유지하는 단계 (5), 및 실온까지 냉각하는 단계 (6) 로 구성되는 최종 열 처리. 이 경우에, 급속 가열은 예를 들어 10 ~ 500 ℃/s 의 범위에 있을 수 있다.
바람직하게, 켄칭 직후 조직은 적어도 10% 의 마텐자이트와 적어도 5% 의 오스테나이트를 함유하도록 켄칭 온도가 선택된다. 어닐링 온도가 강의 Ac3 변태점보다 높을 때, 즉 어닐링 온도에서 조직이 완전히 오스테나이트일 때, 켄칭 직후 조직이 적어도 10% 의 오스테나이트와 적어도 50% 의 마텐자이트를 함유하도록 켄칭 온도가 바람직하게 선택된다.
본 기술분야의 당업자들은, 각각의 강에 대해, 원하는 조직을 획득할 수 있는 어닐링 조건들 (어닐링 온도와 유지 지속기간) 및 켄칭 조건들 (켄칭 온도와 냉각 속도) 을 결정하는 방법을 알고 있다. 당업자들은 또한 기준 최종 열 처리 및 이러한 처리에 의해 획득되는 기계적 특성들을 결정하는 방법을 알고 있다. 따라서, 각각의 특정한 강에 대해, 본 기술분야의 당업자들은 어느 레벨의 기계적 특성들이 이러한 열 처리에 의해 획득가능한지 결정할 수 있다. 기계적 특성들은, 예를 들어, 항복 강도 및 인장 강도와 같은 트랙션 특성들 또는 총 연신율, 균일 연신율, 구멍 확장비, 휨 특성들과 같은 연성 특성들이다. 하지만, 특정 제조 장비에서 제조되는 판 또는 피스와 같은 특정 제품의 실제 열 처리 조건들이 항상 기준 열 처리와 동일하지 않으므로, 각각의 특정 제조 장비에서 각각의 특정 제품의 제조 조건들이 그에 맞춰 적합화되어야 한다.
제조 조건들, 즉, 원하는 기계적 특성들에 도달할 수 있는, 압연 후 특정 연속 어닐링 라인에서 또는 열간 스탬핑과 같은 열 성형 후 특정 노에서 열 처리 조건들을 결정하도록, 원하는 특성들을 획득할 수 있는 기준 열 처리를 결정하기 위해서, 위에서 규정된 대로 열 처리를 재현하기 위한 예를 들어 실험실 장비 (열 시뮬레이터) 를 사용해 실험들이 수행된다. 이런 기준 열 처리는 어닐링 온도 (AT), 켄칭 온도 (QT), 과시효 온도 (PT0) 및 이 과시효 온도에서 유지 지속기간 (Pt0) 에 의해 규정된다.
열 시뮬레이터들로서 공지된, 이러한 열 처리를 구현할 수 있는 실험실 기기들은 본 기술분야의 당업자들에 의해 잘 알려져 있다.
전술한 대로, 온도 (PT0) 에서 최종 열 처리 효과는 탄소를 오스테나이트로 파티셔닝하는 것이다. 이 파티셔닝은 탄소 확산에 의해 마텐자이트로부터 오스테나이트 상으로 천이를 유발한다. 이 천이는 온도 및 유지 지속기간에 의존한다. 온도 (T) 에서 시간 (t) 동안 유지에 대응하는 열 처리, 즉 이상적 "장방형" 열 사이클에 대해, 유지 온도 D(T) 에서 탄소의 확산 계수와 유지 지속기간 (t) 의 곱인 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 에 의해 효율성이 추정될 수 있다:
OAP1 = D(T) x t (1)
파라미터 값이 더 높을수록, 파티셔닝이 더 발전되고, 보통, 총 연신율 또는 균일 연신율 또는 구멍 확장비와 같은 연성 특성들이 개선되거나 악화되지 않는다.
더욱이, 최종 처리 중, 마텐자이트의 항복 강도는, 최종 처리 전 값 (YS0) 으로부터 최종 처리의 열 사이클에 의존하는 최종 처리 후 값 (YSova) 으로 감소한다. 발명자들은, 새로운 마텐자이트, 즉, 추가 열 처리를 부여받지 않는 마텐자이트의 항복 강도 (YS0) 가 다음 수학식에 의해 강의 화학 조성으로부터 평가될 수 있음을 알아내었다:
YS0 = 1740 * C *(1 + Mn/3.5) + 622 (2)
YS0 은 ㎫ 단위로 표현되고, C 와 Mn 은 중량% 로 표현된 강의 탄소 함량과 망간 함량이다.
발명자들은, 또한, 지속기간 (t) 중 온도 (T) 에서 유지 단계로 구성되는 열 사이클에 대해, 항복 강도, 즉 최종 처리 후 마텐자이트의 항복 강도가 다음 수학식에 의해 산출될 수 있음을 새롭게 알았다:
여기에서 T: 유지 온도 (단위: ℃)
t: 온도 (T) 에서 유지 지속기간 (단위: 초)
이 수학식으로, 장방형 열 사이클에 대해, 다음 수학식을 따르는 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2) 를 결정할 수 있다:
마텐자이트 및 오스테나이트와 같은 다양한 성분들로 구성된 조직의 항복 강도는 이 성분들의 항복 강도로부터 기인하므로, 파라미터 (OAP2) 가 더 높을수록, 최종 조직의 항복 강도 감소가 더 높아진다.
그것은 본질적으로 파티셔닝에 의해 영향을 받은 마텐자이트의 항복 강도이므로, 마텐자이트와 크게 다른 성분, 예를 들어 오스테나이트와 페라이트를 함유한 조직의 항복 강도에 대한 탄소 파티셔닝 영향은 조직에서 마텐자이트의 비율에 의존한다. 이 경우에, M% 가 조직에서 마텐자이트의 비율 (단위: %) 이고 단지 마텐자이트의 비례 영향만 고려되어야 하는 것으로 간주될 수 있다면, 조직의 항복 강도 감소는 OAP2 x (M%/100) 이다.
열 처리에서 유발되는 파티셔닝이 바람직하게 가능한 가장 발전적이고 양호한 연성 특성들을 획득하는데 적어도 충분하고 항복 강도가 충분히 높게 유지되는 것이 일반적으로 바람직하다.
따라서, 기준 처리를 결정하는 대신에, 최소 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1min) 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 를 결정할 수 있어서, 이 파라미터들에 대응하는 열 처리는 원하는 특성들을 판에 제공한다. 그리고, 판들을 제조하는데 사용된 실제 열 처리는 최소 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1min) 보다 높은 제 1 과시효 파라미터 (OAP1) 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 보다 낮은 제 2 과시효 파라미터 (OAP2) 에 대응할 수도 있는 것으로 간주된다.
2 개의 파라미터들 (OAP1, OAP2) 은 단지 열 처리의 시간/온도 스케줄에만 의존하고 강의 특성들을 나타내지 않는다는 점이 주목될 수 있다.
제 1 및 제 2 최종 처리 파라미터들을 결정하기 위해서, 다음과 같이 진행할 수 있다. 어닐링, 켄칭 온도로 켄칭 및 과시효로 구성된 열 처리는 본 기술분야에서 잘 알려진 열 시뮬레이터를 사용해 수행된다. 어닐링 및 켄칭은 기준 처리에 대응하고 바라는 조직을 획득하도록 되어 있다. 과시효는 적어도 10 ℃/s 의 가열 속도로 빠르게 켄칭 온도로부터 유지 온도 (Toa) 로 가열하고, 이 온도에서 지속기간들 (thol) 동안 유지하고, 새로운 마텐자이트를 형성하지 않도록 적어도 10 ℃/s 이지만 너무 높지 않은 냉각 속도에서 실온으로 냉각하는 것으로 구성된 장방형 (또는 거의 장방형) 열 사이클이다. 본 기술분야의 당업자들은 이러한 냉각 속도를 결정하는 방법을 알고 있다. 복수의 처리들이 예를 들어 다른 유지 지속기간들 (thol1, thol2, thol3) 로 수행되고, 기계적 특성들은 측정된다. 이 결과로, 바라는 연성 특성들을 획득하는데 필요한 최소 유지 지속기간은 정해진 tholmin 이고 항복 강도가 최소의 바라는 값 (YSmini) 보다 높게 유지되는 최대 유지 지속기간 (tholmax) 이 결정된다. 본 기술분야의 당업자들은 이런 최대 및 최소 유지 지속기간들을 결정하는 방법을 알고 있다. 그 후, 최소 제 1 및 최대 제 2 최종 열 처리 파라미터들은 다음과 같이 결정된다:
- OAP1min = D(Toa) x tholmin
- OAP2max = YS0 - YSmini = 0.016 * Toa * ( 1 + tholmax1/2)
또는, 마텐자이트 함량 (M%) 을 간주해야 한다면:
- OAP2max = YS0 - YSmini = 0.016 * Toa * ( 1 + tholmax1/2)/(M%/100)
따라서, 어닐링 온도, 켄칭 온도, 최소 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1min) 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 를 결정한 후, 특정 장비 (예, 특정 연속 어닐링 라인 또는 특정 노) 에서 산업 조건들로 수행되는 주어진 강 피스의 실제 열 처리를 위한 최종 처리 조건들이 결정될 수 있고, 어닐링 온도와 켄칭 온도는 앞서 결정된 온도들과 동일하다.
산업 조건들로 최종 처리를 위해, 열 사이클은 장방형이 아니라 최대 값까지 점진적 온도 상승을 포함하고, 그 후 이 값을 유지하는 점에 주목해야 하고, 이 단계 후 일반적으로 실온으로 냉각이 뒤따른다. 열 사이클의 형상은 최종 처리를 구현하는데 사용된 장비, 및 처리된 제품의 기하학적 특징들의 작동점들에 의존한다. 판에 대해, 기하학적 특징들은 두께와 폭이다. 본 기술분야의 당업자들은, 제품의 특징에 따라, 어느 파라미터들이 고려되어야 하는지 알고 있다.
예를 들어, 판이 핫 디프 코팅 없이 연속 어닐링 라인에서 제조된다면, 최종 처리는 과시효이고, 과시효의 총 지속기간은 판의 병진운동 속도에 의존하고, 병진운동 속도는 본 기술분야의 당업자들에 의해 공지된 대로 판의 두께에 의존한다. 판이 더 두꺼울수록, 속도는 더 낮고, 즉 과시효 단계의 유지 지속기간이 더 길다. 이러한 열 사이클들은 도 2 에 도시되어 있다. 이 도면에서, 제 1 곡선 (10) 은 두께 (e0) 를 가지는 제 1 판에 대한 열 사이클을 표시한다. 온도는 온도 (QT) 에서 켄칭 후 증가하고, 시간 (t0) 에서 시작하고 유지 단계는 시간 (t1(e0)) 에서 종료된다. 과시효 단계의 지속기간 (t1(e0) - t0) 은, 판의 병진운동 속도 (v(e0)) 로 나눈, 연속 어닐링 라인의 과시효 섹션의 길이 (L) 와 같다: (t1(e0) - t0) = L/v(e0).
동일한 도면에서, 제 2 곡선 (11) 은 e0 보다 큰 두께 (e) 를 가지는 제 2 판에 대해 열 사이클을 표시한다. 비교상, 파티셔닝이 온도 (QT) 로부터 시작하는 시간은 제 1 곡선 및 제 2 곡선에 대해 일치하였다. 따라서, 판의 두께 (e) 가 e0 보다 클 때, 병진운동 속도 (v(e)) 가 제 1 판의 병진운동 속도 (v(e0)) 보다 낮기 때문에, 열 사이클은 시간 (t0) 에서 시작하고 시간 (t1(e0)) 후 발생한 시간 (t1(e)) 에서 종료된다.
가열 스테이지에 대응하는 곡선들의 부분은 연속 어닐링 라인의 과시효 섹션의 히트 파워, 판의 두께와 폭, 및 판의 병진운동 속도에 의존한다. 판에 의해 도달되어 판이 과시효 종반에 유지되는 최대 온도는 과시효 섹션의 노 온도에 대한 설정점에 의해 규정된다.
본 기술분야의 당업자들은, 주어진 병진운동 속도, 히트 파워 및 과시효 섹션의 설정점 온도에 대해, 주어진 두께와 폭을 가지는 판에 대응하는, 시간 (t0) 으로부터, (온도/시간) 곡선을 산출하는 방법을 알고 있다.
이것은 또한 판으로부터 절단된 블랭크에 대해 동일하다. 본 기술분야의 당업자들은, 노에서 주어진 유지 지속기간 및 히트 파워와 설정점 온도와 같은 작동점들에 대해, 주어진 두께와 크기를 가지는 블랭크에 대한 이론적 (온도/시간) 곡선을 산출하는 방법을 알고 있다.
실제 최종 처리의 특징인 제 1 및 제 2 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 을 결정하기 위해서, 2 개의 장방형 열 사이클들에 대응하는 제 1 최종 처리 파라미터들 (OAP1) 은 가산적이고, 즉, 2 개의 장방형 사이클들의 적용에 대응하는 최종 처리의 제 1 최종 처리 파라미터는 2 개의 대응하는 제 1 최종 처리 파라미터들의 합과 동일하다는 점에 주목할 수 있다. 따라서, 열 사이클 전반에 파라미터를 적분함으로써 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 를 산출할 수 있다. 따라서, t 가 시간을 의미한다면, t0 은 최종 처리 사이클의 개시 시간이고, t1 은 그것의 종료 시간이고, T(t) 는 시간 (t) 에서 판의 온도이고, 사이클의 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 는 다음과 같다:
여기에서:
- R = 8,314 J/(mol.k)
- Q = 탄소 확산의 활성화 에너지. 본 발명에 따른 바람직한 조성을 가지는 강에 대해, Q = 148000 J/mole 이다.
- T = 온도 (단위: ℃).
이 수학식에서, t0 및 t1 은 특정 조건들에 따라 선택될 수 있고, 즉, t0 은 예를 들어 가열 초반 또는 유지 초반일 수도 있고, t1 은 예를 들어 유지 종반 또는 실온으로 냉각 종반일 수도 있다. 본 기술분야의 당업자들은 경우에 따라서 t0 및 t1 을 선택하는 방법을 알고 있다.
보다 간단하게, 수학식을 다음과 같이 쓸 수 있다:
여기에서, tf 는 고려되는 처리 사이클의 종료 시간이다.
판의 속도, 히트 파워 및 과시효 온도에 대한 설정점으로부터 열 사이클 T(t) 을 산출할 수 있으므로,
OAP1 > OAP1min 이도록
히트 파워 및 최종 처리 온도에 대한 설정점을 결정할 수 있다.
동일한 방식으로, 임의의 열 사이클의 OAP2 파라미터를 산출할 필요가 있다. 이 목적으로, T0 이 초기 온도, 즉 피스가 사이클의 초반에 빠르게 가열되는 온도인, 장방형 사이클에 대해, OAP2 는 다음과 같이 산출될 수 있는 것으로 간주되어야 한다:
여기에서 YS 는 ㎫ 이고, T 는 ℃ 이고, t 가 초라면 a = b = 0.016 이다.
장방형 사이클에 대해, T = T0 이고, 이 수학식은 수학식 (3) 과 완전히 등가이다. 하지만, 적분가능하지 않은 수학식 (3) 과 달리, 임의의 사이클에 대해 OAP2 를 산출하는데 이용할 수 있다.
2 개의 온도 (T1, T2) 에서 2 개의 연속 유지 지속 기간들 (t1, t2) 의 효과들이 누적되고 2 개의 유지 합에 대응하는 양들 (OAP2 - a*T0)2 은 각각의 유지 기간의 양들 (OAP2 - a*T0)2 의 합과 동일하다:
따라서, 열 사이클이 알려져 있으므로 임의의 특정 열 사이클에 대응하는 최종 처리의 제 2 최종 처리 파라미터를 산출할 수 있다.
T(t) 가 시간 (t) 에서 온도 (T) 이고, t0 및 tf 가 각각 사이클의 초기 시간 및 최종 시간이라면, 다음과 같이 산출할 수 있다:
그리고 파라미터 (OAP2) 는 다음과 같다:
이 수학식에서, T0 은 t= t0 에서 온도이다.
이 파라미터들은 단지 열 처리의 실제 온도/시간 스케줄에 의존한다. 특정 장비에서 열 처리되는 특정 판 또는 피스에 관해, 이 온도/시간 스케줄은 그 장비의 작동점들 및 판 또는 피스의 기하학적 구조에 직접 의존한다. 본 기술분야의 당업자들은 다음과 같도록 히트 파워 및 설정점 온도와 같은 작동점들을 산출하는 방법을 알고 있다:
OAP1 ≥ OAP1min 이고 OAP2 ≤ OAP2max.
판이 병진운동하고 있는 연속 라인을 사용해 처리가 수행될 때, 본 기술분야의 당업자들은 판의 병진운동 속도와 두께 및 결국 판의 폭이 고려되어야 한다는 점을 알고 있음이 주목될 수 있다.
연속 어닐링 라인에서 제조된 판에 대해, 열 처리를 위한 파라미터들, 즉, 판의 병진운동 속도, 어닐링 온도, 켄칭 온도, 히트 파워 및 설정점 과시효 온도가 결정될 때, 판은 그에 맞춰 제조된다.
판은 과시효 후 핫 디프 코팅될 때, 최종 처리는 코팅을 포함하고 코팅에 대응하는 열 사이클들이 고려되어야 한다.
예를 들어, 판이 과시효 후 갈바나이징될 때, 판은 갈바나이징 온도 (TG) 로 유지되고, 일반적으로, 이 온도는 일반적으로 5 초 ~ 15 초의 시간 (tg) 동안 약 470 ℃ 이다 (도 3 참조).
이 경우에, 즉, 코팅 및 선택적으로 주위 온도로 냉각을 포함해, 시간 (t0) 후 전체 열 사이클에 대응하는 제 1 및 제 2 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 을 산출할 수 있고, 그것은 고려되어야 하는 이 파라미터들이다. 히트 파워와 설정점 과시효 온도는 다음과 같도록 되어야 한다:
OAP1 (과시효 단계 및 코팅 단계) ≥ OAP1min
OAP2 (과시효 단계 및 코팅 단계) ≤ OAP2max
선택적으로, 강판은 갈바어닐링될 수 있고, 즉 아연 코팅으로 철 확산을 유발하는 갈바나이징 후 열 사이클을 부여받는다. 대응하는 사이클 (도 4 참조) 은 지속기간 (tg) 과 온도 (Tg) 에서 유지 단계, 및 지속기간 (tga) 과 온도 (Tga) 에서 후속 유지 단계를 포함한다. 온도 (Tg, Tga) 에서 이 유지 단계들은 상기 식 (5) 및 식 (8) 에 따라 OAP1 및 OAP2 를 산출하기 위해 고려되어야 한다.
본 발명의 선행 실시형태에서, 열 처리 특징들은 실험실 테스트들을 기반으로 결정된다. 하지만, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 실제 연속 어닐링 라인에서 두께 (e0) 를 가지는 판을 이용한 테스트로부터 기준 열 처리를 또한 결정할 수 있다. 선택적으로 실험실 테스트들에 의해 완료된 이 테스트들에 의해, 어닐링 온도, 켄칭 온도와 최소 제 1 및 최대 제 2 과시효 파라미터들을 결정할 수 있다. 따라서, 임의의 두께의 판들에 대한 연속 어닐링 라인의 세팅을 결정할 수 있다.
방금 설명한 방법은 연속 어닐링 라인에서 수행된 열 처리에 관한 것이다. 그러나, 본 기술분야의 당업자들은 상기 방법을 이러한 판 또는 피스를 제조하는 그밖의 다른 프로세스에 적합화시킬 수 있다.
예로서, 실험실 실험들을 통하여, 850 ℃ (> Ac3) 에서 어닐링, 250 ℃ 의 켄칭 온도 및 적어도 10 초의 지속 시간 동안 460 ℃ 의 온도로 과시효 단계까지 급속 가열로 구성된 열 처리로, 0.21% 의 C, 2.2% 의 Mn, 1.5% 의 Si 를 함유한 강판에서, 1100 ㎫ 초과 항복 강도, 1300 ㎫ 초과 인장 강도, 적어도 12% 의 총 연신율을 획득할 수 있는 것을 알아내었다. 강의 조직은 마텐자이트와 약 10% 의 잔류 오스테나이트로 구성된다. 실험예들은 3 가지 다른 파티셔닝 시간들, 10 초, 100 초 및 300 초 동안 결정되었다. 처리들로부터 유발된 조건들, 조직들 및 기계적 특성들이 표 1 에 보고된다.
실험실 실험들을 기반으로, 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 은 다음 식을 이용해 각각의 파티셔닝 시간에 대해 결정될 수 있다:
OAP1exp. = [exp(- 148000/(8.314*(460+273)))]*t
OAP2exp. = (0.016*460) + (0.016*460*t0.5)
OAP1exp. 및 OAP2exp. 의 획득된 값들은 또한 표 1 에 보고된다.
결과들은, 테스트 1 에 대응하는 열 처리로, 바라는 특성들이 획득되었음을 보여준다. 이 테스트가 최저 파라미터 (OAP1) 를 가지므로, 파라미터의 대응하는 값은 OAP1mini 로서 선택될 수 있는 것을 의미한다.
실험실 실험들을 기반으로 결정된, OAP1min 의 값은 다음과 같다:
OAP1min. = [exp(- 148000/(8.314*(460+273)))]*10= 2.84*10-10,
수학식 (2) 에 따르면, 새로운 마텐자이트 (YS0) 의 항복 강도는 다음과 같다:
YS0 = 1740*0.21*(1 + 2.2/3.5) + 622 = 1217 ㎫.
이 경우에, 조직이 약 90% 의 마텐자이트를 함유하므로, 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 가 다음과 같다는 점이 고려될 수 있다:
OAP2max = 1217 - 1100 = 117.
이 값은 실시예 1 및 실시예 2 의 파라미터 (OAP2exp.) 보다 높지만 실시예 3 의 것보다 낮다. 실험 처리 1 및 실험 처리 2 로 획득된 항복 강도는 1100 ㎫ 보다 높고, 실시예 1 및 실시예 2 는 조건 OAP2 < 117 을 준수하고, 하지만, 그와는 반대로, 실시예 3 은 117 보다 높은 OAP2 의 값을 보여주고 이런 이유로 항복 강도는 1100 ㎫ 의 값에 도달하지 않는다.
끝으로, OAP1 ≥ 2.84*10-10, 및 OAP2 < 117 을 만족하는 과시효 사이클들을 구현하는 것은 조사된 조성에 대해 원하는 기계적 특성들에 도달하는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 하나는 0.8㎜ 의 두께를 가지고 다른 하나는 1.2㎜ 의 두께를 가지는 2 개의 판들이 제 1 가열을 위한 제 1 부분 및 제 2 가열을 위한 제 2 부분을 포함하는 과시효 섹션을 가지는 연속 라인에서 제조되는 것을 고려한다. 과시효 섹션의 각각의 부분에 대해, 판이 상기 섹션에서 가열되는 온도에 대응하는 설정점들이 결정되어야 한다. 더욱이, 두께가 0.8㎜ 일 때, 판의 일부가 제 1 부분에서 유지되는 시간은 50 초이고 제 2 부분에서 100 초이고, 두께가 1.2㎜ 일 때, 제 1 부분에서 시간은 70 초이고 제 2 부분에서 140 초이도록 판의 주행 속도가 규정된다.
이 조건들로, 1.2㎜ 의 두께를 가지는 판에 대해, 설정점들은 제 1 부분에 대해 290 ℃ 이고 제 2 섹션에 대해 390 ℃ 일 수 있고, 0.8㎜ 의 두께를 가지는 판에 대해, 설정점들은 제 1 부분에 대해 350 ℃ 이고 제 2 부분에 대해 450 ℃ 일 수 있음을 쉽게 산출할 수 있다. 이러한 설정점들로, OAP1 > OAP1min. = 2.84*10-10 그리고 OAP2 ≤ OAP2max = 117 이도록 파라미터들이 되어 있다. 보다 정확하게, 1.2㎜ 의 두께를 가지는 판에 대해, OAP1 = 3.07*10-10 그리고 OAP2 = 117 이고, 0.8㎜ 의 두께를 가지는 판에 대해, OAP1 = 2.04*10-9 그리고 OAP2 = 117 이다.
이 설정점들이 결정될 때, 판들은 그에 맞춰 주행하는 라인에서 제조될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 하나는 0.8㎜ 의 두께를 가지고 다른 하나는 1.2㎜ 의 두께를 가지는 2 개의 판들이 가열을 위한 부분을 포함하는 과시효 섹션, 갈바나이징 온도 TG = 470 ℃ 에서 갈바나이징 섹션을 포함하는 갈바닐링 섹션, 및 온도 Tga = 520 ℃ 에서 합금 섹션을 가지는 연속 라인에서 제조되는 것을 고려한다. 기준 처리에 대해, 과시효 온도는 460 ℃ 이고 과시효 온도에서 시간은 220 초이다. 과시효 섹션, 갈바나이징 섹션 및 합금 섹션에 대해, 판이 상기 섹션에서 가열되는 온도에 대응하는 설정점들이 결정되어야 한다. 더욱이, 두께가 0.8㎜ 일 때, 판의 부분이 과시효 섹션에서 유지되는 시간은 270 초이고, 판의 부분이 갈바나이징 섹션에서 유지되는 시간은 8 초이고, 판의 부분이 합금 섹션 제 2 부분에서 유지되는 시간은 25 초이도록 판의 주행 속도가 규정된다. 두께가 1.2㎜ 일 때, 과시효 섹션에서 시간은 180 초이고, 갈바나이징 섹션에서 시간은 5 초이고 합금 섹션에서 시간은 15 초이다.
이런 조건들로, 1.2㎜ 의 두께를 가지는 판에 대해, 설정점은 과시효 섹션에 대해 480 ℃ 일 수 있어서, OAP1 =1.26.10-8 그리고 OAP2 = 117 이고, 0.8㎜ 의 두께를 가지는 판에 대해, 설정점은 과시효 부분에 대해 410 ℃ 일 수 있어서, OPA1 =6.06.10-9 그리고 OAP2 = 117 인 것을 쉽게 산출할 수 있다.
Claims (12)
- 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법으로서,
상기 방법은, 원하는 기계적 특성들을 획득할 수 있는 기준 열 처리를 결정하는 것을 포함하고,
상기 기준 열 처리는 상기 강 피스에 규정된 조직을 부여하는 제 1 기준 처리, 및 적어도 과시효를 포함하는 최종 기준 처리를 포함하고,
상기 기준 열 처리는 어닐링 온도 (AT), 켄칭 (quenching) 온도 (QT), 과시효 온도 (PT0) 및 상기 과시효 온도에서의 유지 지속기간 (Pt0) 에 의해 규정되고,
상기 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법은, 상기 고강도 강 피스를 위한 상기 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 적어도 과시효 수단을 포함하는 장비에서 상기 피스를 열 처리하는 단계를 포함하고,
상기 열 처리하는 단계는 상기 제 1 기준 처리에서 유발되는 상기 규정된 조직 이외에도 동일한 조직을 가지는 강에서 수행되는 적어도 최종 처리를 포함하고,
상기 최종 처리는, 적어도 하나의 작동점을 설정할 수 있고 상기 과시효 수단의 상기 적어도 하나의 작동점에 따라 2 개의 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 을 산출할 수 있는, 상기 과시효 수단에서 수행된 적어도 과시효 단계를 포함하고,
- 상기 강 피스는 연속 라인에서 제조된 강판이고, 상기 과시효 수단은 연속 어닐링 라인의 과시효 섹션이고, 상기 과시효 섹션으로 진입 전, 상기 판은 상기 제 1 기준 처리에 따라 어닐링 및 켄칭되고, 상기 판은 속도 (V) 로 이동하고,
상기 방법은:
- 10 ℃/s 초과 가열 속도로 상기 켄칭 온도 (QT) 로부터 실험 과시효 온도 (Th) 까지 가열하고, 복수의 실험 유지의 지속 시간들 (tm) 동안 상기 실험 과시효 온도 (Th) 에서 유지하는 단계, 및 10 ℃/s 보다 높고 상기 판의 조직에 새로운 (fresh) 마텐자이트를 형성하지 않도록 너무 높지 않은 냉각 속도로 실온으로 냉각하는 것으로 구성된 과시효들로 복수의 실험들을 수행함으로써, 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 최소 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1min) 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 를 각각 결정하는 단계,
- 적어도 하나의 작동점으로부터 기인한 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 및 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2) 가:
OAP1 ≥ OAP1min
그리고
OAP2 ≤ OAP2max 를 만족시키도록 과시효 수단의 상기 적어도 하나의 작동점을 결정하는 단계로서,
결정된 작동점들은 다음 작동점들: 상기 판의 속도, 히트 파워 및 과시효 온도 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 적어도 하나의 작동점을 결정하는 단계,
- 결정된 상기 작동점들에 따라 가동되는 장비에서 상기 피스를 열 처리하는 단계를 포함하고,
- T(t) 가 시간 (t) 에서 상기 강판의 온도 (단위: ℃) 이고, t0 이 최종 처리 개시 시간이고 tf 가 최종 처리 종료 시간이고,:
대응하는 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 는:
여기에서, t (단위: 초) 이고, Q = 탄소 확산 활성화 에너지 (단위: J/몰) 이고, R = 8.314 J/(몰.K) 이고,
제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2) 는:
여기에서, t (단위: 초) 이고, T0 은 시간 (t0) 에서 온도 (단위: ℃) 이고, a = b = 0.016 인 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법으로서,
상기 방법은, 원하는 기계적 특성들을 획득할 수 있는 기준 열 처리를 결정하는 것을 포함하고,
상기 기준 열 처리는 상기 강 피스에 규정된 조직을 부여하는 제 1 기준 처리, 및 적어도 과시효를 포함하는 최종 기준 처리를 포함하고,
상기 기준 열 처리는 어닐링 온도 (AT), 켄칭 온도 (QT), 과시효 온도 (PT0) 및 상기 과시효 온도에서의 유지 지속기간 (Pt0) 에 의해 규정되고,
상기 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법은, 상기 고강도 강 피스를 위한 상기 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 적어도 과시효 수단을 포함하는 장비에서 상기 피스를 열 처리하는 단계를 포함하고,
상기 열 처리하는 단계는 상기 제 1 기준 처리에서 유발되는 상기 규정된 조직 이외에도 동일한 조직을 가지는 강에서 수행되는 적어도 최종 처리를 포함하고,
상기 최종 처리는, 적어도 하나의 작동점을 설정할 수 있고 상기 과시효 수단의 상기 적어도 하나의 작동점에 따라 2 개의 최종 처리 파라미터들 (OAP1, OAP2) 을 산출할 수 있는, 상기 과시효 수단에서 수행된 적어도 과시효 단계를 포함하고,
- 상기 강 피스는 열 성형된 피스이고, 상기 과시효 수단은 상기 피스가 유지되는 노이고, 상기 노로 진입 직전, 상기 열 성형된 피스의 조직은 상기 제 1 기준 처리 후 피스의 조직과 동일하고,
상기 방법은:
- 10 ℃/s 초과 가열 속도로 상기 켄칭 온도 (QT) 로부터 실험 과시효 온도 (Th) 까지 가열하고, 복수의 실험 유지의 지속 시간들 (tm) 동안 상기 실험 과시효 온도 (Th) 에서 유지하는 단계, 및 10 ℃/s 보다 높고 상기 피스의 조직에 새로운 마텐자이트를 형성하지 않도록 너무 높지 않은 냉각 속도로 실온으로 냉각하는 것으로 구성된 과시효로 복수의 실험들을 수행함으로써, 원하는 기계적 특성들을 획득하도록 최소 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1min) 및 최대 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2max) 를 각각 결정하는 단계,
- 작동점들로부터 기인한 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 및 제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2) 가:
OAP1 ≥ OAP1min
그리고
OAP2 ≤ OAP2max 를 만족시키도록 과시효 수단의 적어도 하나의 작동점을 결정하는 단계로서,
결정된 상기 작동점들은 다음 작동점들: 상기 노에서 피스의 유지 지속기간, 히트 파워 및 과시효 온도 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 적어도 하나의 작동점을 결정하는 단계,
- 결정된 상기 작동점들에 따라 가동되는 장비에서 상기 피스를 열 처리하는 단계를 포함하고,
- T(t) 가 시간 (t) 에서 상기 강 피스의 온도 (단위: ℃) 이고, t0 이 최종 처리 개시 시간이고 tf 가 최종 처리 종료 시간이고,:
대응하는 제 1 최종 처리 파라미터 (OAP1) 는:
여기에서, t (단위: 초) 이고, Q = 탄소 확산 활성화 에너지 (단위: J/몰) 이고, R = 8.314 J/(몰.K) 이고,
제 2 최종 처리 파라미터 (OAP2) 는:
여기에서, t (단위: 초) 이고, T0 은 시간 (t0) 에서 온도 (단위: ℃) 이고, a = b = 0.016 인 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
원하는 기계적 특성들은 적어도 트랙션 (traction) 특성 및 적어도 연성 특성에 대한 최소값들인 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 기준 처리는, 켄칭 전 적어도 50% 의 오스테나이트를 함유한 조직을 획득하도록 강의 Ac1 변태점보다 높은 온도로 어닐링하는 것과, 켄칭 직후 적어도 마텐자이트와 오스테나이트를 포함한 조직을 획득하도록 강의 Ms 변태점보다 낮은 켄칭 온도 (QT) 로 켄칭하는 것을 포함하고, 상기 과시효는 켄칭 온도 (QT) 이상이고 강의 Ac1 변태점보다 낮은 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 어닐링은 켄칭 전 완전히 오스테나이트인 조직을 획득하도록 Ac3 보다 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 최종 처리로부터 유발되는 조직이 적어도 10% 의 오스테나이트를 함유하도록 켄칭 온도 (QT) 가 되어 있는 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 최종 처리는, 상기 과시효 단계에 추가로, 핫 디프 (hot dip) 코팅 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 최소 제 1 최종 처리 파라미터 및 상기 최대 제 2 최종 처리 파라미터를 결정하기 위해서, 연속 어닐링 라인에서 상기 실험들이 수행되는 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 강의 화학 조성은 중량% 로:
0.1% ≤ C ≤ 0.5%
0.5% ≤ Si ≤ 2%
1% ≤ Mn ≤ 7%
Al ≤ 2%
P ≤ 0.02%
S ≤ 0.01%
N ≤ 0.02% 를 포함하고,
잔부는 Fe 및 불가피한 불순물들인 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 화학 조성은 Ni, Cr, Mo, Cu, Nb, V, Ti, Zr 및 B 에서 선택된 하나 이상의 원소들을 더 포함하고, 상기 원소들의 함량들은:
Ni ≤ 0.5%,
0.1% ≤ Cr ≤ 0.5%,
0.1% ≤ Mo ≤ 0.3%
Cu ≤ 0.5%
0.02% ≤ Nb ≤ 0.05%
0.02% ≤ V ≤ 0.05%
0.001% ≤ Ti ≤ 0.15%
0.2% ≤ Zr ≤ 0.3%
0.0005% ≤ B ≤ 0.005%,
Nb + V + Ti + Zr/2 < 0.2% 이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
Q = 148000 J/mol 인 것을 특징으로 하는, 원하는 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 피스를 제조하기 위한 방법. - 삭제
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