KR102525271B1 - 마르텐사이트 강의 제조 방법 및 그 마르텐사이트 강 - Google Patents

Abstract

마르텐사이트 강으로서, 중량% 로 다음의 원소들: 0.1%≤C≤0.4%; 0.2%≤Mn≤2%; 0.4%≤Si≤2%; 0.2%≤Cr≤1%; 0.01%≤Al≤1%; 0%≤S≤0.09%; 0%≤P≤0.09%; 0%≤N≤0.09%; 을 포함하고, 다음의 선택적 원소들: 0%≤Ni≤1%; 0%≤Cu≤1%; 0%≤Mo≤0.1%; 0%≤Nb≤0.1%; 0%≤Ti≤0.1%; 0%≤V≤0.1%; 0.0015%≤B≤0.005%; 0%≤Sn≤0.1%; 0%≤Pb≤ 0.1%; 0% ≤ Sb≤ 0.1%; 0% ≤ Ca≤ 0.1%; 중 하나 이상을 함유할 수 있으며, 나머지 조성이 철 및 가공에 의해 야기되는 불가피한 불순물로 이루어지며, 상기 강의 미세조직은 면적% 로, 잔류 오스테나이트와 베이나이트의 누적 존재 0 % 내지 25% 를 포함하는 미세조직을 갖고, 나머지 미세조직은 적어도 70% 의 마르텐사이트이며, 0% 내지 10% 의 페라이트가 선택적으로 존재하는, 마르텐사이트 강.

Description

마르텐사이트 강의 제조 방법 및 그 마르텐사이트 강

본 발명은 연속 어닐링 라인에서의 가공에 적합한 마르텐사이트 강의 연속 제조 방법에 관한 것으로, 특히 인장강도가 1500 MPa 이상인 마르텐사이트 강에 관한 것이다.

냉연 강판은 연속 갈바나이징, 연속 어닐링, 및 냉간 압연 밀의 기타 열처리 가공 라인에서 연속 가공된다. 어닐링 및 갈바나이징과 같은 열처리 공정의 효율을 최적화하기 위해, 강판들은 랩심 용접 (lap-seam welding) 을 통해 엔드-투-엔드 (end-to-end) 접합된다. 구체적으로, 밀의 진입 단부에서 선행 (제 1) 코일의 후미 또는 후미 단부와 인입 (제 2) 코일의 헤드 단부가 함께 접합되어서, 시트들이 개별적으로 가공되는 경우에 실현되는 것보다 훨씬 더 높은 효율로 밀에서 연속적으로 가공될 수 있는 연속 접합 시트를 생성한다.

종래의 랩심 또는 매시심 용접기 (mash-seam welder) 가 저탄소 고강도 저합금 ("HSLA") 등급 강의 용접에 효과적으로 사용될 수 있다. 용접부는 단일 패스로 형성되며, 이 단일 패스에서, 캐리지에 장착된 한 쌍의 대향 전극과 같은 용접 장치는 아이들 모드에서 그의 홈 위치로 복귀하기 전에 용접부를 형성하기 위해 HSLA 등급 강의 중첩 부분을 따라 이동한다.

AHSS (advanced high strength steels) 의 개발, 특히 저탄소 등급 또는 HSLA 등급 강보다 인장 강도가 큰 마르텐사이트 강의 개발. 마르텐사이트 강은 높은 탄소 당량, 높은 인장 강도 및 높은 전기 저항률을 특징으로 한다. 이러한 높은 인장 강도는 특히 자동차 산업에 유익하며, 예를 들어, 자동차 프레임에서의 마르텐사이트 강의 사용 및 증가된 인장 강도는 차량의 안전성에 악영향을 미치지 않으면서 감소된 중량과 그에 수반되는 연료 효율 개선을 갖는 자동차 부품의 생산을 허용한다. 그러나, 높은 탄소 함량으로 인해, 고탄소강의 응고 및 냉각된 멜트 구역이 비교적 단단하며 취성의 고탄소 마르텐사이트로 이루어지고 또한 산화물을 형성하기 때문에, 심 용접 공정이 예열 없이 2 개의 고탄소강에 사용될 때 취성의 약한 용접부를 초래하므로, 마르텐사이트 강은 특히 종래의 심 용접 공정을 통해 연속적으로 가공될 수 없다. 이러한 단단하며 취성의 미세조직은 용접 후 즉시 또는 연속 어닐링, 산세 또는 갈바나이징 라인 내부의 공정 중에 균열을 발생시킨다. 또한, 매우 높은 합금 함량, 특히 AHSS 의 높은 탄소 함량 및 높은 저항률은 이 등급들을 용접 파라미터들에 매우 민감하게 만든다.

따라서, 고탄소강의 밀을 통한 안정하며 신뢰 가능한 가공을 위해 고탄소강 용접으로 고탄소강을 교체할 필요가 있는데, 이는 용접부 브레이크의 위치 및 중증도에 따라 연속 어닐링 라인 또는 임의의 다른 연속 열처리 공정 동안 용접의 실패가 비교적 짧은 (예를 들어, 1시간) 또는 연장된 (예를 들어, 1일) 기간 동안 완전한 연속 냉간 연연 밀의 가공 루트의 셧다운을 야기할 수 있기 때문이다.

AHSS 의 연속 가공 분야에서 조기 연구 및 개발은 용접 후 유도 가열의 적용 등 AHSS 를 연속적으로 생산하는 여러 방법을 가져왔다. 이 대안적 해결책은 자본 투자를 필요로 하는 유도 가열 유닛 또는 별도의 스테이션의 설치 및 용접부를 냉각시키기 위한 상당한 추가 처리 시간을 필요로 한다. 따라서, 이 해결책은 냉간 압연 밀의 연속 열처리 루트에 적합하지 않다.

더욱이, 승인된 특허 US8803023 은 AHSS 강을 위한 2 개의 용접 패스를 제안함으로써 용접 메커니즘을 또한 제안한다. 그러나, 이 특허는 1700 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 강의 용접을 입증하지 않는다.

따라서, 위에서 언급한 공보에 비추어, 본 발명의 목적은, 자동차 제조에 사용되는 1500 MPa 초과의 인장 강도를 갖는 강을 제조하기 위해 연속 어닐링에서 AHSS, 특히 마르텐사이트 강을 가공하는 방법으로서, AHSS 의 비조질강, 특히 마르텐사이트 강이 연속 열처리 공정에 의해 열처리되는 것을 허용하는 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은

- 1500 MPa 이상, 바람직하게는 1700 MPa 초과, 더 바람직하게는 1900 MPa 초과의 극한 인장 강도,

- 1200 MPa 이상, 바람직하게는 1400 MPa 초과의 항복 강도

를 동시에 갖는 자동차에 사용될 마르텐사이트 강판을 제조하기 위해 연속 열처리 가공 라인에서 사용되기에 적합한 강의 복합 코일과 방법을 이용 가능하게 함으로써 이러한 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 또한 제조 파라미터 시프트를 향해 튼튼하면서 종래의 산업적 적용과 양립할 수 있는 이러한 강판의 제조 방법을 이용 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 강의 복합 코일은 내식성을 향상시키기 위해 아연 또는 아연 합금으로, 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 선택적으로 코팅될 수 있다.

본 발명은 AHSS 강, 특히 마르텐사이트 강의 비조질 냉연 강판의 쌍방의 폭을 따라 저탄소강 또는 HSLA 등급 강 (이하, 스트링거 강편이라 함) 을 용접함으로써 제조되는 복합 코일인 중간 생성물을 제조함으로써 문제점을 개선한다. 따라서, AHSS-대-AHSS 용접부는 어닐링 또는 갈바나이징과 같은 연속 열처리 공정을 위해 AHSS 코일들을 함께 간접적으로 접합하기 위해 더 강하고 더 신뢰 가능한 HSLA-대-HSLA 용접부로 대체된다.

본 발명의 복합 코일은 연속 어닐링 라인 또는 임의의 다른 열처리 공정에 대한 입력으로서 작용할 수 있도록 12 굽힘 사이클 이상의 용접 굽힘성을 가져야 한다.

본 발명의 복합 코일은 복합 코일이 연속 열처리 공정의 변동을 견딜 수 있도록 70% 이상의 용접부 인성을 가져야 한다.

바람직하게는, 이러한 강의 복합 코일은 자동차에 사용되는 냉간 압연 판의 제조에 적합하다.

바람직하게는, 이러한 강의 복합 코일은 양호한 용접성 및 코팅성을 가지면서 성형, 특히 압연에 대하여 양호한 적합성을 또한 가질 수 있다.

도 1 은, 냉간 압연 강판의 적어도 처음 2 개의 외부 와인딩을 디코일링하여, 용접을 위해 냉간 압연 강판의 디코일링된 와인딩의 선단부를 준비하는 것을 비유적으로 도시한다.
도 2 는 스트링거의 준비된 폭 (100) 및 스트링거 (110) 를 보여준다.
도 3 은 스트링거와 함께 냉간 압연 강판의 용접된 단부를 보여준다.
도 4 는 용접을 위해 준비된 단부 (400) 및 스트링거 2 (410) 를 보여준다.
도 5 는 편평한 복합 코일 (550) 의 개략도를 보여준다.
도 6 은 R1 에서 스트링거 1 의 용접 동안 발생한 균열을 보여주며, 도 7 은 균열이 발생하지 않은 본 발명 예를 보여준다.

본 발명의 이해를 위하여 여기서 상기 방법을 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 마르텐사이트 강은 여기에 언급된 연속적인 단계들로 이루어지는 방법에 의해 제조될 수 있다:

본 발명에 따른 마르텐사이트 강판은 임의의 이하의 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직한 방법은 본 발명에 따른 프라임 강 (prime steel) 의 화학 조성을 갖는 강의 준완성 (semi-finished) 주조를 제공하는 것으로 구성된다. 주조는 잉곳으로 또는 연속적으로 얇은 슬래브들 또는 얇은 스트립들의 형태로, 슬래브들의 경우 약 220 mm 에서 얇은 스트립의 경우 수십 밀리미터까지의 두께로 행해질 수 있다.

예를 들어, 프라임 강의 화학 조성을 갖는 슬래브가 연속 주조에 의해 제조되고, 슬래브는 중심 편석을 피하기 위해 그리고 1.10 미만으로 유지된 공칭 탄소에 대한 국부 탄소의 비를 보장하기 위해 연속적인 주조 공정 동안 직접 경압하 (direct soft reduction) 를 선택적으로 거쳤다. 연속적인 주조 공정에 의해 제공된 슬래브는 연속적인 주조 후에 높은 온도에서 직접 사용될 수 있거나 또는 처음에 실온으로 냉각될 수 있고 그 후 열간 압연을 위해 재가열될 수 있다.

열간 압연을 거치는 슬래브의 온도는 바람직하게 적어도 1000℃ 이고 1280℃ 미만이어야 한다. 슬래브의 온도가 1150℃ 보다 낮은 경우에, 압연 밀에 과도한 하중이 부과되고, 강의 온도가 마무리 압연 중에 페라이트 변태 온도로 감소될 수 있고, 이로써 강은 변태된 페라이트가 조직에 포함된 상태로 압연될 것이다. 따라서, Ac3 내지 Ac3 + 100 ℃ 의 온도 범위에서 열간 압연이 완료될 수 있고 최종 압연 온도가 Ac3 초과로 유지되도록, 슬래브의 온도가 충분히 높은 것이 바람직하다. 1280 ℃ 초과의 온도에서의 재가열은 산업적으로 비용이 많이 들기 때문에 회피되어야 한다.

재결정 및 압연에 유리한 조직을 갖도록 Ac3 내지 Ac3 + 100 ℃ 의 최종 압연 온도 범위가 바람직하다. 최종 압연 패스가 Ac3 보다 높은 온도에서 수행될 필요가 있는데, 그 이유는 이 온도 미만에서는 강판이 상당한 압연능 저하를 나타내기 때문이다. 그 다음, 이러한 방식으로 수득된 강판은 475℃ 내지 650℃ 이어야 하는 코일링 온도까지 30℃/s 초과의 냉각 속도로 냉각된다. 바람직하게는, 냉각 속도는 200℃/s 이하일 것이다.

그 다음, 열간 압연 강판은 타원화를 피하기 위해 475℃ 내지 650℃ 그리고 바람직하게는 스케일 형성을 피하기 위해 625℃ 미만의 코일링 온도에서 코일링된다. 그러한 코일링 온도의 바람직한 범위는 500℃ 내지 625℃ 이다. 코일링된 열간 압연 강판은 선택적인 열간 밴드 어닐링을 거치기 전에 실온으로 냉각된다.

열간 압연 강판은 선택적인 열간 밴드 어닐링 전에 열간 압연 동안 형성된 스케일을 제거하기 위해 선택적인 스케일 제거 단계를 거칠 수 있다. 그리고, 열간 압연 강판은 12 시간 이상 96 시간 이하 동안 400℃ 내지 750℃ 의 온도에서 선택적인 열간 밴드 어닐링을 거칠 수 있고, 온도는 열간 압연 미세조직의 부분적인 변태를 방지하여 미세조직의 균일성 상실을 피하도록 750 ℃ 미만으로 유지된다. 그 후, 이러한 열간 압연 강판의 선택적인 스케일 제거 단계가 예를 들어 그 강판의 산세를 통해 수행될 수 있다. 이 열간 압연 강판은 냉간 압연을 거쳐, 35 내지 90% 두께 감소된 냉간 압연 강판을 획득한다. 그 다음, 냉간 압연 강판이 수득된다. 이러한 비조질 냉간 압연 강판은 또한 프라임 강이라고도 칭한다.

그 후, 탄소 함량이 0.001 내지 0.25% 이하인 임의의 강으로 이루어진 적어도 2 개의 스트링거를 제공한다. 본 발명의 스트링거는 냉간 압연 강판과 동일한 폭과 두께의 강편이고, 본 발명의 필요에 따라 길이가 변할 수 있다. 본 발명의 스트링거 강은 항상 0.001% 내지 0.25%, 바람직하게는 0.001% 내지 0.20% 의 탄소 함량을 포함하여야 한다. 제공된 2 개의 스트링거는 이하에서 스트링거 1 및 스트링거 2 로 칭한다.

이어서, 냉간 압연 강판의 적어도 처음 2 개의 외부 와인딩을 디코일링하여, 용접을 위해 냉간 압연 강판의 디코일링된 와인딩의 선단부를 준비한다. 도 1 에 비유적 도시가 나타나 있으며, 여기서 도면부호 10 은 냉간 압연 강판의 디코일링된 외부 와인딩의 준비된 단부를 나타내고, 도면부호 20 은 냉간 압연 강판의 디코일링된 처음 2 개의 외부 와인딩을 나타내며, 도면부호 30 은 나머지 코일 냉간 압연 강판을 나타낸다.

용접을 위해 스트링거 1 의 폭 중 어느 하나를 준비한다. 도 2 는 스트링거의 준비된 폭 (100) 및 스트링거 (110) 를 보여준다. 그 후, 스트링거 1 의 준비된 폭을 냉간 압연 강판의 준비된 단부에 용접하여, 용접된 냉간 압연 강판을 수득한다.

스트링거와 함께 냉간 압연 강판의 용접된 단부가 도 3 에 도시되며, 여기서 200 은 용접부이고, 110 은 스트링거이며, 20 은 냉간 압연 강판의 2 개의 외부 와인딩을 나타내고, 30 은 나머지 코일링된 냉간 압연 강판을 나타낸다.

그 다음, 용접된 냉간 압연 강판을 스풀-백 (spool-back) 하여, 외부 와인딩으로서 비용접 단부를 가져온다. 용접-냉간 압연 강판의 비용접 단부를 외부 와인딩으로서 가져온 후, 적어도 처음 2 개의 외부 와인딩을 디코일링하고, 용접을 위해 용접 냉간 압연 강판의 디코일링된 비용접 단부를 준비한다.

도 4 에 도시된 것처럼 용접을 위해 스트링거 2 의 임의의 폭을 준비하고, 준비된 단부는 400 으로 표시되고 스트링거 2 는 410 으로 표시된다. 그 다음, 스트링거 2 의 준비된 폭을 용접된 냉간 압연 강판의 준비된 단부에 용접하여, 복합 강판을 수득한다.

도 5 는 편평한 복합 코일 (550) 의 개략도를 보여주며, 여기서 500 은 편평한 디코일링된 냉간 압연 강판이고, 110 은 스트링거 1 이며, 410 은 스트링거 2 이고, 200 은 스트링거 1 과 냉간 압연 강판 사이의 용접부를 나타낸다. 510 은 스트링거 2 와 용접된 냉간 압연 강판 사이의 용접부를 나타낸다.

그 후, 복합 코일은, 본 발명의 강에 필요한 기계적 특성 및 미세조직을 부여하고 복합 코일의 굽힘성 및 인성에 대해 용접부를 시험할 열처리를 위한 연속 어닐링 사이클로 보내진다.

복합 강판의 어닐링에서, 복합 강판은 Ac3 내지 Ac3 + 100 ℃ 의 소킹 온도로 2 ℃/s 초과, 바람직하게는 3 ℃/s 초과의 가열 속도로 가열되며, 복합 강판에 대해 Ac3 는 다음 식을 사용하여 계산되며:

Ac3 = 901 - 262*C - 29*Mn + 31*Si - 12*Cr - 155*Nb + 86*Al

여기서 원소 함량은 냉간 압연 강판의 중량% 로 표시된다.

복합 강판은 강하게 가공 경화된 초기 조직의 오스테나이트로의 완전 변태 및 완전한 재결정화를 보장하기 위해 10 초 내지 500 초 동안 소킹 온도에서 유지된다. 이어서, 복합 강판을 25℃/s 초과의 냉각 속도로 Ms 온도 미만, 바람직하게는 400℃ 미만의 온도로 냉각시키고, 150℃ 내지 400℃ 의 온도 범위에서 10 초 내지 1000 초 동안 복합 강판을 유지하여 본 발명에 필요한 미세조직을 부여한 후, 복합 강판을 실온으로 냉각시켜, 냉각된 복합 강판을 수득한다.

그 후, 전단 크롭 (shear-cropping) 작업을 수행하여, 마르텐사이트 강판에 대해 스트링거 1 및 스트링거 2 를 제거한다.

마르텐사이트 강의 제조 방법에 사용되는 마르텐사이트 강판의 화학 조성은 다음과 같다:

탄소는 강의 복합 코일 중에 0.10% 내지 0.4% 로 존재한다. 탄소는 마르텐사이트와 같은 저온 변태 상들을 생성함으로써 본 발명의 강의 강도를 증가시키는데 필요한 원소이고, 더욱이 탄소는 또한 오스테나이트 안정화에 중추적인 역할을 하며, 따라서 잔류 오스테나이트를 확보하는데 필요한 원소이다. 따라서, 탄소는 2 개의 중추적인 역할을 하는데, 하나는 강도를 증가시키는 것이고 다른 하나는 오스테나이트를 보유하여 연성을 부여하는 것이다. 그러나, 0.10% 미만인 탄소 함량은 본 발명의 강에 요구되는 적절한 양의 오스테나이트를 안정화시킬 수 없을 것이다. 반면, 0.4% 초과의 탄소 함량에서, 강은 불량한 스폿 용접성을 나타내어, 자동차 부품에 대한 적용을 제한한다.

본 발명의 강의 복합 코일의 망간 함량은 0.2% 내지 2% 이다. 이 원소는 감마유도성 (gammagenous) 이다. 망간을 첨가하는 목적은 본질적으로 오스테나이트를 함유하는 조직을 얻는 것이다. 망간은 잔류 오스테나이트를 얻도록 실온에서 오스테나이트를 안정화시키는 원소이다. 오스테나이트를 안정화시킬 뿐만 아니라 본 발명의 강의 강도 및 경화능을 제공하기 위해 적어도 약 1 중량% 의 망간의 양이 필수적이다. 따라서, 본 발명에 있어서 2% 와 같은 더 높은 망간 백분율이 바람직하다. 하지만, 망간 함량이 2% 를 초과하면, 어닐링 후 냉각 동안 오스테나이트의 베이나이트로의 변태를 지연시키는 것과 같은 악영향을 일으킨다. 게다가, 2% 초과의 망간 함량은 또한 현재의 강의 용접성을 악화시킬 뿐만 아니라, 연성 타깃이 달성되지 않을 수 있다.

본 발명의 강의 복합 코일의 규소 함량은 0.4% 내지 2% 이다. 규소는 과시효 동안 탄화물의 석출을 지연시킬 수 있는 성분이므로, 규소의 존재로 인해, 탄소 풍부 오스테나이트가 실온에서 안정화된다. 더욱이, 탄화물에서의 규소의 불량한 용해성으로 인해, 탄화물의 형성을 효과적으로 억제하거나 지연시키므로, 본 발명의 강에 본질적인 기계적 특성을 부여하기 위해 본 발명에 따라 추구되는 베이나이트 조직에서 저밀도 탄화물의 형성을 또한 촉진한다. 하지만, 불균형 함량의 규소는 상기한 효과를 나타내지 않고, 템퍼 취성과 같은 문제를 초래한다. 따라서, 농도는 2% 의 상한 이내로 제어된다.

본 발명의 강의 복합 코일의 크롬 함량은 0.2% 내지 1% 이다. 크롬은 강에 강도 및 경화를 제공하는 필수 원소이지만, 1% 초과로 사용되면, 강의 표면 마무리를 손상시킨다. 더욱이, 1% 미만의 크롬 함량은 베이나이트 조직에서 탄화물의 분산 패턴을 조대화하므로, 베이나이트에서 탄화물의 밀도를 낮게 유지한다.

알루미늄의 함량은 0.01% 내지 1% 이다. 본 발명에서 알루미늄은 산소가 응고 공정 중에 기체 상을 형상하는 것을 방지하도록 용융 강에 존재하는 산소를 제거한다. 알루미늄은 또한 질화알루미늄을 형성하도록 강 중의 질소를 고정시켜서, 결정립 크기를 감소시킨다. 1% 초과의 보다 높은 알루미늄 함량은 Ac3 점을 높은 온도로 증가시켜서, 생산성을 감소시킨다. 온도에 따른 오스테나이트 형성 전개 및 변태점에 대한 망간의 영향을 균형 잡기 위해 높은 망간 함량이 첨가되는 때, 0.8% 내지 1% 의 알루미늄 함량이 사용될 수 있다.

황은 필수 원소는 아니며, 강에 불순물로서 함유될 수 있고, 본 발명의 관점에서 황 함량은 가능한 한 낮은 것이 바람직하지만, 제조 비용의 관점에서 0.09% 이하이다. 게다가, 강 중에 더 많은 황이 존재하면, 특히 망간과 결합하여 황화물을 형성하고, 본 발명에서 유익한 영향을 감소시킨다.

본 발명의 강의 인 성분은 0.002% 내지 0.09% 이고, 인은 특히 결정립계에서 편석되거나 망간과 공편석되는 경향으로 인해, 스폿 용접성 및 고온 연성을 감소시킨다. 이러한 이유로, 인 함량은 0.09% 로 제한되고, 바람직하게는 0.06% 미만이다.

질소는 재료의 경시변화 (ageing) 를 피하고 강의 기계적 특성에 해로운 응고 중 질화알루미늄의 석출을 최소화하기 위해 0.09% 로 제한된다.

니켈은 강의 복합 코일의 강도를 증가시키고 인성을 향상시키기 위해 0% 내지 1% 의 양으로 선택적 원소로서 첨가될 수 있다. 그러한 효과를 얻기 위해 최소 0.01% 가 요구된다. 하지만, 니켈 함량이 1% 초과이면, 니켈은 연성 열화를 야기한다.

구리는 강의 복합 코일의 강도를 증가시키고 내식성을 향상시키기 위해 0% 내지 1% 의 양으로 선택적 원소로서 첨가될 수 있다. 그러한 효과를 얻기 위해 최소 0.01% 가 요구된다. 하지만, 구리 함량이 1% 초과이면, 표면 외관을 악화시킬 수 있다.

몰리브덴은 본 발명의 강의 0% 내지 0.1% 를 구성하는 선택적 원소이고; 몰리브덴은 경화능과 경도를 개선하는데 효과적인 역할을 하며, 베이나이트의 출현을 지연시키고 베이나이트에서의 탄화물 석출을 방지한다. 하지만, 몰리브덴의 첨가는 합금 원소의 첨가 비용을 과도하게 증가시키므로, 경제적인 이유로 그 함량은 0.1% 로 제한된다.

니오븀은 본 발명의 강에 0% 내지 0.1% 로 존재하고, 석출 경화에 의해 본 발명의 강의 강도를 부여하도록 탄질화물을 형성하기에 적합하다. 니오븀은 또한 탄질화물로서의 석출을 통해 그리고 가열 프로세스 동안 재결정을 지연시킴으로써 미세조직 성분의 크기에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 유지 온도의 종료 시에 그리고 결과적으로 완전한 어닐링 후에 형성된 더 미세한 미세조직이 생성물의 경화를 초래할 것이다. 하지만, 0.1% 초과의 니오븀 함량은 그 영향의 포화 효과가 관찰되기 때문에 경제적으로 흥미롭지 않고, 이는 추가 양의 니오븀이 생성물의 어떠한 강도 향상을 초래하지 않음을 의미한다.

티타늄은 니오븀과 동일하게 0 % 내지 0.1% 로 본 발명이 강에 첨가되고, 탄질화물에 포함되어서 경화에서 역할을 한다. 하지만, 주조 제품의 응고 동안 나타나는 티타늄 질화물을 또한 형성한다. 티타늄의 양은 성형성에 해로운 조대한 티타늄 질화물의 형성을 피하기 위해 0.1% 로 제한된다. 티타늄 함량이 0.001% 미만인 경우, 본 발명의 강에 어떠한 영향도 주지 않는다.

본 발명의 강의 칼슘 함량은 0.001% 내지 0.005% 이다. 칼슘은 특히 개재물 (inclusion) 처리 동안 선택적 원소로서 본 발명의 강에 첨가된다. 칼슘은 유해한 황 함량을 구상 (globular form) 으로 포획하여 황의 유해한 영향을 지연시킴으로써 강의 정련에 기여한다.

바나듐은 탄화물 또는 탄질화물을 형성함으로써 강의 강도를 향상시키는데 효과적이고, 상한은 경제적 관점에서 0.1% 이다. 세륨, 붕소, 마그네슘 또는 지르코늄과 같은 다른 원소가 다음의 비율로 개별적으로 또는 조합으로 첨가될 수 있다: 세륨 ≤ 0.1%, 붕소 ≤ 0.003%, 마그네슘 ≤ 0.010% 및 지르코늄 ≤ 0.010%. 표시된 최대 함량 레벨까지, 이 원소들은 응고 동안 결정립을 미세화하는 것을 가능하게 한다. 강의 조성의 잔부는 철 및 가공으로 인한 불가피한 불순물로 이루어진다.

본 발명의 강에 의해 사용되는 스트링거의 조성은 다음과 같다:

제 1 스트링거 및 제 2 스트링거는 중량% 로, 다음의 원소들 0.001% ≤ C ≤ 0.25%; 0.2 % ≤ Mn ≤ 2 %; 0 .01% ≤ Si ≤ 2 %; 0.01% ≤ Cr ≤ 1 %; 0.01% ≤ Al ≤ 1 %; 0% ≤ S ≤ 0.09%; 0% ≤ P ≤ 0.09%; 0% ≤ N ≤ 0.09% 로 이루어지고, 다음의 선택적 원소들 0% ≤ Ni ≤ 1%; 0% ≤ Cu ≤ 1%; 0% ≤ Mo ≤ 0.1%; 0% ≤ Nb ≤ 0.1%; 0% ≤ Ti ≤ 0.1%; 0% ≤ V ≤ 0.1%; 0.0015% ≤ B ≤ 0.005%; 0% ≤ Sn ≤ 0.1%; 0% ≤ Pb ≤ 0.1%; 0% ≤ Sb ≤ 0.1%; 0% ≤ Ca ≤ 0.1% 중 하나 이상을 함유할 수 있으며, 나머지 조성은 철 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

프라임 강의 조성은 중량% 로, 다음의 원소들 0.1 % ≤ C ≤ 0.4 %; 0.2 % ≤ Mn ≤ 2 %; 0.4 % ≤ Si ≤ 2 %; 0.2 % ≤ Cr ≤ 1 %; 0.01 % ≤ Al ≤ 1 %; 0% ≤ S ≤ 0.09%; 0% ≤ P ≤ 0.09%; 0% ≤ N ≤ 0.09% 로 이루어지고, 다음의 선택적 원소들 0% ≤ Ni ≤ 1%; 0% ≤ Cu ≤ 1%; 0% ≤ Mo ≤ 0.1%; 0% ≤ Nb ≤ 0.1%; 0% ≤ Ti ≤ 0.1%; 0% ≤ V≤ 0.1%; 0.0015% ≤ B ≤ 0.005%; 0% ≤ Sn ≤ 0.1%; 0% ≤ Pb ≤ 0.1%; 0% ≤ Sb ≤ 0.1%; 0% ≤ Ca ≤ 0.1% 중 하나 이상을 함유할 수 있으며, 나머지 조성은 철 및 가공에 의해 야기되는 불가피한 불순물로 이루어진다.

마르텐사이트 강판의 미세조직은 다음을 포함한다:

잔류 오스테나이트 및 베이나이트 구성성분은 누적으로 0% 내지 25% 의 양으로 존재하며, 본 발명의 선택적 구성성분이다. 우선적으로 잔류 오스테나이트 및 베이나이트 구성성분의 양은 5 % 내지 20 % 인 것이 유리하다. 잔류 오스테나이트는 연성을 부여하고, 베이나이트 섬은 본 발명의 강에 강도를 제공한다.

마르텐사이트는 면적 분율로 80% 내지 100 % 의 미세조직을 구성한다. 마르텐사이트는 강의 복합 코일이 320℃ 내지 480℃ 에서 어닐링 후 냉각되는 때 형성될 수 있고, 320℃ 내지 480℃ 의 온도 범위에서 이루어지는 과시효 유지 동안 열조질 (tempered) 될 수 있다. 마르텐사이트는 본 발명에 연성과 강도를 부여한다.

본 발명의 강은 미량으로부터 최대 10% 까지 페라이트를 함유한다. 페라이트는 본 발명의 일부로 의도되지는 않지만, 강의 가공으로 인해 잔류 미세조직으로서 형성된다. 페라이트 함량은 가능한 한 낮게 유지되어야 하며, 10% 를 초과하지 않아야 한다. 10% 페라이트의 구성성분 백분율까지는 본 발명의 강에 연성을 부여하지만, 페라이트가 10% 초과로 존재하면, 강 부품의 복합 코일의 인장 강도를 약화시킬 수 있다.

위에서 언급한 미세조직 외에도, 프라임 강판의 미세조직은 펄라이트 및 시멘타이트와 같은 미세조직 구성성분이 없다.

예

여기서 제시되는 이하의 시험, 예, 비유적 예시 및 표는 완전히 비제한적이며, 오로지 예시 목적으로 간주되어야 하며, 본 발명의 유리한 특징을 보여줄 것이다.

상이한 조성을 갖는 프라임 강이 표 1 에 기재되어 있고, 표 1A 는 특정 탄소 함량 및 연속 어닐링을 거치기 전의 인장 강도를 갖는 프라임 강판, 스트링거 1 및 스트링거 2 의 사양을 나타내며, 표 2 는 복합 강판에 수행된 어닐링 파라미터를 나타낸다. 그 다음, 표 3 은 시험 동안 수득된 프라임 강판의 미세조직을 나타내고, 표 4 는 복합 코일의 얻어진 용접 특성뿐만 아니라 프라임에 의해 달성된 기계적 특성의 평가 결과를 나타낸다.

표 1

표 1A

표 1A 는 프라임 강판 및 스트링거 1 과 스트링거 2 의 인장 강도를 나타낸다. 표 1A 는 또한 프라임 강 및 스트링거들의 탄소 함량 및 두께를 나타낸다.

표 2

표 2 는 마르텐사이트 강이 되도록 필요한 기계적 특성을 표 1 의 프라임 강에 부여하기 위해 복합 코일에 시행된 어닐링 공정 파라미터를 보여준다. 강 조성 I1 내지 I3 은 본 발명에 따른 마르텐사이트 강판의 제조에 알맞다. 이 표는 또한 표에 R1 내지 R3 로 지정된 참조 강판을 보여준다. 표 2 는 Ms 및 Ac3 의 목록도 또한 보여준다. Ms 및 Ac3 은 본 발명 강 및 참조 강에 대해 다음과 같이 규정되며:

Ms (℃) = 539-423C-30Mn-18Ni-12Cr-11Si-7Mo

Ac3 = 901 - 262*C - 29*Mn + 31*Si - 12*Cr - 155*Nb + 86*Al

여기서 원소 함량은 중량% 로 표현된다.

표 2 는 다음과 같다:

표 3 : 표준들에 따라 수행된 다양한 기계적 시험들의 결과가 수집되어 있다. 용접부 인성을 시험하기 위해, Olsen 컵 시험을 ASTM E643 - 15 에 따라 수행하고, 극한 인장 강도 및 항복 강도를 시험하기 위해 JIS-Z2241 에 따라 시험된다. 용접된 샘플의 용접 굽힘성 시험은 염 포트 (salt pot) 처리 후 15 회 교대 벤딩-언벤딩 (bending-unbending) 사이클로 5 인치 및 10 인치 반경에 걸친 굽힘이었다. 연속 어닐링 사이클이 스트립이 가로질러 이동해야 하는 적어도 15 개의 롤을 갖기 때문에, 15 회 교대 벤딩 사이클이 사용되었다.

표 3

표 4 는 면적 분율의 측면에서 본 발명 강 및 참조 강 둘 다의 미세조직을 결정하기 위한 주사 전자 현미경과 같은 상이한 현미경에서 표준에 따라 행해진 시험의 결과를 예시한다. 또한, 본 발명의 방법의 독창적 특징을 명확하게 설명하기 위해, 도 6 은 R1 에서 스트링거 1 의 용접 동안 발생한 균열을 보여주며, 도 7 은 균열이 발생하지 않은 본 발명 예를 보여준다.

결과는 다음과 같다:

표 4:

Claims (20)

1. 이하의 연속적인 단계들을 포함하는 복합 코일 (composite coil) 의 제조 방법:
   - 비조질 (non-heat treated) 냉연 강판 형태의 프라임 강 (prime steel) 을 제공하는 단계로서,
   상기 프라임 강은 중량% 로, 이하의 원소들:
   0.1 % ≤ C ≤ 0.4 %;
   0.2 % ≤ Mn ≤ 2 %;
   0.4% ≤ Si ≤ 2 %;
   0.2% ≤ Cr ≤ 1 %;
   0.01% ≤ Al ≤ 1 %;
   0% ≤ S ≤ 0.09%;
   0% ≤ P ≤ 0.09%;
   0% ≤ N ≤ 0.09%;
   를 포함하고, 이하의 선택적 원소들:
   0% ≤ Ni ≤ 1%;
   0% ≤ Cu ≤ 1%;
   0% ≤ Mo ≤ 0.1%;
   0% ≤ Nb ≤ 0.1%;
   0% ≤ Ti ≤ 0.1%;
   0% ≤ V≤ 0.1%;
   0.0015% ≤ B ≤ 0.005%;
   0% ≤Sn≤ 0.1%;
   0% ≤ Pb≤ 0.1%;
   0% ≤ Sb≤ 0.1%;
   0% ≤ Ca≤ 0.1%;
   중 하나 이상을 함유할 수 있으며,
   나머지 조성이 철 및 가공에 의해 야기되는 불가피한 불순물로 이루어지는, 상기 프라임 강을 제공하는 단계;
   - 상기 비조질 냉연 강판의 적어도 처음 2 개의 외부 와인딩을 디코일링하는 단계;
   - 용접을 위해 비조질 냉연 강판의 디코일링된 와인딩의 선단을 준비하는 단계;
   - 상기 비조질 냉연 강판의 준비된 단부에, 상기 비조질 냉연 강판보다 낮은 탄소 함량을 갖는 제 1 스트링거를 용접하여, 용접된 냉연 강판을 수득하는 단계;
   - 그 다음, 상기 용접된 냉연 강판을 스풀-백 (spool-back) 하여, 외부 와인딩으로서 비용접 단부를 가져오는 단계;
   - 그 후, 용접된 냉연 강판의 적어도 처음 2 개의 외부 와인딩을 디코일링하는 단계;
   - 용접을 위해 용접된 냉연 강판의 디코일링된 단부를 준비하는 단계;
   - 용접된 냉연 강판의 디코일링된 단부에, 비조질 냉연 강판보다 낮은 탄소 함량을 갖는 제 2 스트링거 강을 용접하는 단계;
   - 그 후, 용접된 냉연 강판을 코일링하여 복합 코일을 수득하는 단계.
2. 제 1 항에 있어서,
   용접은 GMAW, TIG, MIG, 레이저 용접 또는 아크 용접 중 어느 하나의 용접 방법으로 수행되는, 복합 코일의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   제 1 스트링거 강, 제 2 스트링거 강 및 비조질 냉연 판 형태의 프라임 강의 폭이 동일한, 복합 코일의 제조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 복합 코일로서,
   복합 코일은 적어도 프라임 강판 및 적어도 2 개의 스트링거를 포함하는, 복합 코일.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 복합 코일의 용접부가 70% 이상의 용접부 인성을 갖는, 복합 코일.
6. 제 4 항에 있어서,
   복합 코일의 용접부가 12 사이클 이상의 용접부 굽힘성을 갖는, 복합 코일.
7. 제 6 항에 있어서,
   복합 코일의 용접부가 14 사이클 이상의 용접부 굽힘성을 갖는, 복합 코일.
8. 삭제
9. 제 4 항에 있어서,
   제 1 스트링거 및 제 2 스트링거는 중량% 로, 이하의 원소들:
   0.001% ≤ C ≤ 0.25%;
   0.2 % ≤ Mn ≤ 2 %;
   0 .01% ≤ Si ≤ 2 %;
   0.01% ≤ Cr ≤ 1 %;
   0 .01% ≤ Al ≤ 1 %;
   0% ≤ S ≤ 0.09%;
   0% ≤ P ≤ 0.09%;
   0% ≤ N ≤ 0.09%;
   을 포함하고, 이하의 선택적 원소들:
   0% ≤ Ni ≤ 1%;
   0% ≤ Cu ≤ 1%;
   0% ≤ Mo ≤ 0.1%;
   0% ≤ Nb ≤ 0.1%;
   0% ≤ Ti ≤ 0.1%;
   0% ≤ V≤ 0.1%;
   0.0015% ≤ B ≤ 0.005%;
   0% ≤Sn≤ 0.1%;
   0% ≤ Pb≤ 0.1%;
   0% ≤ Sb≤ 0.1%;
   0% ≤ Ca≤ 0.1%;
   중 하나 이상을 함유할 수 있으며,
   나머지 조성이 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는, 복합 코일.
10. 이하의 연속적인 단계들을 포함하는 제 1 항에 따른 방법에 의해 제조된 복합 코일로부터 적어도 70% 의 마르텐사이트 및 1500 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 마르텐사이트 강의 제조 방법:
    - 상기 복합 코일을 제공하는 단계,
    - 그 다음, 상기 복합 코일을 2 ℃/s 초과의 속도로 Ac1 내지 Ac3+100℃ 의 소킹 온도까지 가열하고 10 초 내지 500 초 동안 유지함으로써 어닐링을 행하는 단계,
    - 그 다음, 상기 복합 코일을 25℃/s 초과의 속도로 Ms 온도 미만의 온도까지 냉각시키고, 상기 복합 코일을 10 내지 1000 초의 시간 동안 150℃ 내지 400℃ 의 온도 범위에서 유지하는 단계,
    - 상기 복합 코일을 실온까지 냉각시킨 후, 전단 크롭 (shear crop) 작업을 행하여, 제 1 스트링거 및 제 2 스트링거를 제거하여 마르텐사이트 강판을 수득하는 단계.
11. 제 10 항에 따른 방법에 따라 제조되는 마르텐사이트 강으로서,
    상기 마르텐사이트 강은 중량% 로, 이하의 원소들:
    0.1 % ≤ C ≤ 0.4 %;
    0.2 % ≤ Mn ≤ 2 %;
    0 .4% ≤ Si ≤ 2 %;
    0.2% ≤ Cr ≤ 1 %;
    0 .01% ≤ Al ≤ 1 %;
    0% ≤ S ≤ 0.09%;
    0% ≤ P ≤ 0.09%;
    0% ≤ N ≤ 0.09%;
    를 포함하고, 이하의 선택적 원소들:
    0% ≤ Ni ≤ 1%;
    0% ≤ Cu ≤ 1%;
    0% ≤ Mo ≤ 0.1%;
    0% ≤ Nb ≤ 0.1%;
    0% ≤ Ti ≤ 0.1%;
    0% ≤ V≤ 0.1%;
    0.0015% ≤ B ≤ 0.005%;
    0% ≤Sn≤ 0.1%;
    0% ≤ Pb≤ 0.1%;
    0% ≤ Sb≤ 0.1%;
    0% ≤ Ca≤ 0.1%;
    중 하나 이상을 함유할 수 있으며,
    나머지 조성이 철 및 가공에 의해 야기되는 불가피한 불순물로 이루어지며,
    상기 강의 미세조직은 면적% 로, 잔류 오스테나이트와 베이나이트의 누적 존재 0 % 내지 25% 를 포함하는 미세조직을 갖고, 나머지 미세조직은 적어도 70% 의 마르텐사이트이며, 0% 내지 10% 의 페라이트가 선택적으로 존재하는, 마르텐사이트 강.
12. 제 11 항에 있어서,
    조성이 0.4% 내지 1.8% 의 규소를 포함하는, 마르텐사이트 강.
13. 제 11 항에 있어서,
    조성이 0.2% 내지 0.4% 의 탄소를 포함하는, 마르텐사이트 강.
14. 제 11 항에 있어서,
    조성이 0.01% 내지 0.5% 의 알루미늄을 포함하는, 마르텐사이트 강.
15. 제 11 항에 있어서,
    조성이 0.2% 내지 1.5% 의 망간을 포함하는, 마르텐사이트 강.
16. 제 11 항에 있어서,
    조성이 0.2% 내지 0.8% 의 크롬을 포함하는, 마르텐사이트 강.
17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    마르텐사이트가 85% 이상인, 마르텐사이트 강.
18. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    잔류 오스테나이트와 베이나이트의 합계가 1% 내지 10% 인, 마르텐사이트 강.
19. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    판이 1700 MPa 이상의 극한 인장 강도 및 1000 MPa 이상의 항복 강도를 갖는, 마르텐사이트 강.
20. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따라 수득 가능한 복합 코일로부터 제조되는 강판으로서,
    상기 강판은 자동차 부품의 제조를 위해 사용되는, 강판.

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