KR102618288B1 - 열연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

질량％로, C: 0.12％ 이상, 0.25％ 이하, Si: 0.01％ 이상, 2.0％ 이하, Mn: 0.5％ 이상, 3.0％ 이하, Al: 0.001％ 이상, 0.10％ 이하, 및 B: 0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하를 함유하고, Nb: 0.001％ 이상, 0.020％ 이하, 및 Ti: 0.001％ 이상, 0.20％ 이하 중 1종 또는 2종을 함유하고, 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치의 금속 조직이, 90면적％ 초과의 템퍼링 마르텐사이트를 포함하고, 그 중의 탄화물의 평균 입경이 10㎚ 이하이고, 구오스테나이트 입자의 평균 입경 및 애스펙트비가 40㎛ 미만 및 3.5 이하이고, 표면으로부터 1/2 판 두께의 위치의 {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비가 4.0 이하인 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

열연 강판 및 그 제조 방법
본 발명은, 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 자동차용을 비롯한 수송용 기계나 기계 구조용 부재의 소재로서 적합한, 인성 및 구멍 확장성이 우수한 인장 강도 1470㎫ 이상의 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
환경 규제의 관점에서 자동차를 비롯한 수송용 기기의 경량화를 위해 강판의 한층 더한 박육화가 진행되고 있어, 강판에는 박육화에 견딜 수 있는 높은 강도(예를 들어 인장 강도)가 요구된다. 또한, 일반적으로, 강판의 박육화뿐만 아니라, 내충격성의 관점에서 강판에는 높은 인성도 요구된다. 그 때문에, 상기 용도에 사용되는 강판으로서 강도, 인성 및 가공성(예를 들어 구멍 확장성)이 우수한 기계적 특성이 요구된다. 또한, 강도와 인성은 트레이드오프의 관계에 있고, 강도와 인성(충격 특성)을 종합적으로 높이기 위해서는 파괴 기점이 되는 경질상의 제어가 필요하다.
강판의 강도, 인성(충격 특성), 및 구멍 확장성의 양립이나 향상에 대하여, 종래 많은 제안이 이루어져 있다.
특허문헌 1에는, 질량％로, C: 0.08％ 이상 0.16％ 미만, Si: 0.01 내지 1.0％, Mn: 0.8 내지 2.0％, P: 0.025％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.005 내지 0.10％, N: 0.002 내지 0.006％를 포함하고, 또한 Nb, Ti, Cr, B를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 조성의 강 소재를, 1100 내지 1250℃의 온도로 가열하고, 가열한 강 소재에, 조압연 출측 온도 RDT: 900 내지 1100℃로 하는 조압연과, 마무리 압연 입측 온도 FET: 900 내지 1100℃, 마무리 압연 출측 온도 FDT: 800 내지 900℃로 하고, 930℃ 미만의 온도역의 누적 압하율을 20 내지 90％로 하는 마무리 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 후, 100℃/초 이상의 평균 냉각 속도로, 300℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하고, 300℃ 이하의 온도에서 권취하는, 저온 인성이 우수한 고강도 열연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 당해 제조 방법에 의해, 90체적％ 이상의 마르텐사이트상 또는 템퍼링 마르텐사이트상을 주상으로 하고, 구오스테나이트 입자의 평균 입경이, 압연 방향에 평행한 L 단면에서 20㎛ 이하, 애스펙트비가 18 이하이며, 항복 강도 YS: 960㎫ 이상인, 저온 인성이 우수한 고강도 열연 강판이 얻어지는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, C: 0.15질량％ 내지 0.35질량％, Si와 Al의 합계: 0.5질량％ 내지 3.0질량％, Mn: 1.0질량％ 내지 4.0질량％, P: 0.05질량％ 이하, S: 0.01질량％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물을 포함하고, 강 조직이, 페라이트 분율이 5％ 이하이고, 템퍼링 마르텐사이트 분율이 60％ 이상이며, 잔류 오스테나이트량이 10％ 이상이고, MA(마르텐사이트와 오스테나이트의 복합체)의 평균 사이즈가 1.0㎛ 이하이며, X선 소각 산란에서의 q값이 1㎚-1에서의 산란 강도가 1.0㎝-1 이하인 고강도 강판이 기재되어 있고, 당해 고강도 강판은, 인장 강도(TS), 항복비(YR), (TS)와 전연신(EL)의 곱(TS×EL), 구멍 확장률(λ) 및 내충격 특성이 모두 높은 레벨에 있는 것이 교시되어 있다.
일본 특허 공개 제2016-211073호 공보 일본 특허 공개 제2017-214647호 공보
특허문헌 1에는, 고강도 열연 강판이, 템퍼링 마르텐사이트상 또는 마르텐사이트상을 주상으로 하고, 굽힘성이나 저온 인성이 우수한 것이 기재되어 있지만, 구멍 확장성에 대하여 언급이 없다. 일반적으로 930℃ 미만과 같은 미재결정역에서 압연하면, 집합 조직이 발달하고, 애스펙트비가 비교적 커지고, 그 결과, 구멍 확장성이 저하된다. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 반드시 구멍 확장성이 우수한 열연 강판이 얻어지는 것은 아니다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 발명은, 템퍼링 마르텐사이트를 주상으로 하고, 잔류 오스테나이트가 분산된 고강도 강판에 관한 것이다. 일반적으로 잔류 오스테나이트는 펀칭 가공 시에 변태하여, 경질화되기 때문에, 펀칭 후에 구멍 확장 가공하면 변태한 마르텐사이트와 모상의 계면에 응력이 집중되어, 구멍 확장성이 저하된다. 그 때문에, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는 원하는 구멍 확장성을 갖는 열연 강판이 얻어지지 않는다.
이상에 의해, 특허문헌 1 및 2에서 개시하는 고강도 강판에서는 인장 강도(TS) 1470㎫급의 강도를 가지면서 충분한 인성 및 구멍 확장성을 만족시키는 것은 곤란하여, 이들 요구를 만족시킬 수 있는 열연 강판이 요구되고 있다.
본 발명은, 종래 기술을 감안하여, 지금까지 실질적으로 검토된 적이 없었던, 구멍 확장성이 우수하고, 또한 인성이 양호한 고강도의 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 우수한 인성 및 구멍 확장성을 갖는 고강도의 열연 강판을 얻기 위해, 강판의 화학 성분을 제어하여, 특히 B(붕소)를 필수로 하고, 금속 조직을 템퍼링 마르텐사이트를 주상으로 하는 조직으로 하고, 구오스테나이트 입자의 조대화를 억제하고, 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물을 세립화하고, 조직의 이방성을 저감시키는 것이 유효함을 알아냈다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1)
질량％로,
C: 0.12％ 이상, 0.25％ 이하,
Si: 0.01％ 이상, 2.0％ 이하,
Mn: 0.5％ 이상, 3.0％ 이하,
P: 0.020％ 이하,
S: 0.010％ 이하,
Al: 0.001％ 이상, 0.10％ 이하,
B: 0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하,
Cu: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
Ni: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
Cr: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
Mo: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
V: 0％ 이상, 0.05％ 이하,
Ca: 0％ 이상, 0.05％ 이하, 및
REM: 0％ 이상, 0.01％ 이하
를 함유하고,
Nb: 0.001％ 이상, 0.020％ 이하, 및
Ti: 0.001％ 이상, 0.20％ 이하
중 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는 화학 성분을 갖고,
표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직이, 면적률로, 90％ 초과의 템퍼링 마르텐사이트를 포함하고,
템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경이 10㎚ 이하이고,
구오스테나이트 입자의 평균 입경이 40㎛ 미만이고,
구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.5 이하이고,
표면으로부터 1/2 판 두께의 위치에 있어서의 {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비가 4.0 이하인 것을 특징으로 하는 열연 강판.
(2)
질량％로,
Cu: 0.01％ 이상, 0.50％ 이하,
Ni: 0.01％ 이상, 0.50％ 이하,
Cr: 0.001％ 이상, 0.50％ 이하,
Mo: 0.001％ 이상, 0.50％ 이하,
V: 0.001％ 이상, 0.05％ 이하,
Ca: 0.0005％ 이상, 0.05％ 이하, 및
REM: 0.001％％ 이상, 0.01％ 이하
중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, (1)에 기재된 열연 강판.
(3)
금속 조직이, 면적률로, 95％ 초과의 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, (1) 또는 (2)에 기재된 열연 강판.
(4)
표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직의 잔부 조직이, 잔류 오스테나이트, 프레시 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트, 및 펄라이트 중 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 열연 강판.
(5)
표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직의 잔부 조직이, 0％ 이상 5％ 이하의 잔류 오스테나이트, 및 0％ 이상 5％ 이하의 페라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 열연 강판.
(6)
구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.0 이하인 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 열연 강판.
(7)
(1) 또는 (2)에 기재된 화학 성분을 함유하는 슬래브를 1250℃ 이하에서 가열하는 가열 공정과,
가열한 슬래브를, 최종단의 압하율이 10％ 이상, 40％ 이하에서 마무리 압연하는 것을 포함하는 열연 공정이며, 마무리 압연의 종료 온도가 900℃ 이상 1050℃ 이하인 열연 공정과,
열연 공정의 종료 후 2.0초 이내에 냉각을 개시하여, 냉각 개시 온도로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도가 20℃/초 이상 200℃/초 이하이고, 또한, 냉각 개시 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도가 40℃/초 이상인 냉각 속도로 연속적으로 열연 강판을 냉각하는 냉각 공정과,
냉각한 열연 강판을 20℃ 이상 100℃ 이하에서 권취하는 권취 공정과,
권취한 열연 강판을 실온까지 공랭한 후, 적산 템퍼링 파라미터 ST가 13.0 이상 27.0 이하가 되는 조건에서 저온 템퍼링하는 템퍼링 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 제조 방법.
(8)
적산 템퍼링 파라미터 ST가 20.0 이상 25.0 이하인 것을 특징으로 하는, (7)에 기재된 열연 강판의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 강도, 구멍 확장성 및 인성을 향상시켜, 자동차용 부재, 특히 자동차용의 서스펜션 부품을 얻는 데 적합한 열연 강판을 얻을 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따르면, 인장 강도(TS) 1470㎫ 이상, 구멍 확장률(λ) 60％ 이상, 및 취성 연성 천이 온도(vTrs) -40℃ 이하의 특성을 갖는 열연 강판을 얻을 수 있다.
[열연 강판]
이하, 본 발명에 관한 열연 강판에 대하여 상세하게 설명한다. 처음에, 본 발명에 관한 열연 강판의 화학 성분을 한정한 이유에 대하여 설명한다. 이하, 화학 성분에 대한 ％는 질량％를 의미한다.
(C: 0.12％ 이상, 0.25％ 이하)
C는 원하는 조직을 얻고, 인장 강도 1470㎫ 이상의 특성을 확보하기 위해 필수의 원소이며, 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.12％ 이상 첨가할 필요가 있다. 단, C 함유량이 0.25％ 초과이면 프레시 마르텐사이트가 잔존하여 원하는 금속 조직이 얻어지지 않고, 또한 가공성이나 용접성이 저하되기 때문에, 강판 제조 시의 비용이 늘어나 버린다. 따라서, C 함유량은 0.25％ 이하로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.14％ 이상, 보다 바람직하게는 0.16％ 이상이다. 또한, C 함유량은, 바람직하게는 0.23％ 이하, 보다 바람직하게는 0.20％ 이하이다.
(Si: 0.01％ 이상, 2.0％ 이하)
Si는, 템퍼링 시의 시멘타이트 석출을 억제하는 작용을 갖는다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 Si를 0.01％ 이상 첨가할 필요가 있다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.2％ 이상 첨가한다. 또한, Si는 잔류 오스테나이트의 형성을 촉진하는 작용을 갖기 때문에, 2.0％를 초과하면 권취 후에 잔존하기 쉬워, 인성이 저하된다. 그 때문에, Si 함유량은 2.0％ 이하이고, 바람직하게는 1.5％ 이하, 보다 바람직하게는 1.3％ 이하이다.
(Mn: 0.5％ 이상, 3.0％ 이하)
Mn은 페라이트의 형성을 억제하고, ??칭성을 높이는 작용을 갖는다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 Mn 함유량을 0.5％ 이상 첨가할 필요가 있다. 단, Mn 함유량이 3.0％를 초과하면 Mn의 매크로 편석이 현저해져, 편석 개소와 미편석 개소에서의 경도차가 발생해 버려 불균질한 조직이 되어 버린다. 따라서, Mn 함유량은 3.0％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.8％ 이상, 더욱 바람직하게는 1.0％ 이상이다. 또한, Mn 함유량은, 바람직하게는 2.8％ 이하, 보다 바람직하게는 2.5％ 이하이다.
(P: 0.020％ 이하)
P는 불순물 원소로서 불가피적으로 존재한다. 0.020％를 초과한 P가 존재하면 구멍 확장성과 인성이 저하된다. 이 때문에, P 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는, P 함유량은 0.015％ 이하이다. P 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.001％여도 된다.
(S: 0.010％ 이하)
S는 불순물 원소로서 불가피적으로 존재한다. 0.010％를 초과한 S가 존재하면 MnS 등의 황화물계 개재물을 형성하고, 균열의 기점이 되어 구멍 확장성을 저하시킨다. 이 때문에, S 함유량은 0.010％ 이하로 한다. 바람직하게는, S 함유량은 0.005％ 이하이다. S 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.001％여도 된다.
(Al: 0.001％ 이상, 0.10％ 이하)
Al은, 강을 탈산함으로써 강판을 건전화하는 작용을 갖는다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 Al을 0.001％ 이상 첨가할 필요가 있다. 그러나, Al 함유량이 0.10％ 초과이면, 상기 작용에 의한 효과는 포화되어 버려, 비용적으로 불리해진다. 따라서, Al 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는, Al 함유량은 0.05％ 이하이다. 또한, 탈산 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, Al 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
(Nb: 0.001％ 이상, 0.020％ 이하 및 Ti: 0.001％ 이상, 0.20％ 이하 중 1종 또는 2종)
Nb 및 Ti는, 구오스테나이트 입자의 조대화를 억제하는 효과가 있다. Nb에 대해서는 그 함유량이 0.001％ 미만이면, Ti에 대해서는 그 함유량이 0.001％ 미만이면, 상기 작용에 의한 효과를 얻는 것이 곤란하다. 따라서, Nb: 0.001％ 이상, 및, Ti: 0.001％ 이상 중 1종 또는 2종을 함유시킨다. Nb 함유량은 0.010％ 이상인 것이 바람직하고, Ti 함유량은 0.010％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 0.020％ 초과, 또는, Ti 함유량이 0.20％ 초과이면, 고비용으로 될 뿐만 아니라, 충격 흡수 특성을 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, Nb 함유량은 0.020％ 이하, 바람직하게는 0.015％ 이하이고, Ti 함유량은 0.20％ 이하, 바람직하게는 0.18％ 이하, 보다 바람직하게는 0.15％ 이하이다.
(B: 0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하)
B는, 강판의 ??칭성을 높이고, 또한 ??칭 후 강도의 안정 확보 효과를 더욱 높이는 데 유효하다. 또한, B는, 입계에 편석하여, 입계 취화 원소인 P를 무해화하여 입계 강도를 높여, 인성을 향상시키는 점에서도 중요한 원소이다. B에 의한 P의 취화 억제 효과는, 고온에서의 B의 확산 속도가 P의 확산 속도보다도 빠른 것에 기인하여, 우선하여 B가 입계 편석함으로써, P가 편석하는 사이트가 매립되어, 입계에 존재하는 P가 감소하기 때문이다. 이 때문에, 본 발명에 있어서, 인성 향상을 위해 B의 첨가를 필수로 하고 있다. B에 의한 상기 효과를 얻기 위해서는, B 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 필요하고, 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0015％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, B 함유량이 0.0050％를 초과하면 그 효과는 포화되어 비용 증가를 초래할 뿐만 아니라, B 개재물(BN)이 발생하고, 그것이 구멍 확장 시의 파괴 기점이 되어 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, B 함유량은 0.0050％ 이하이고, 바람직하게는 0.0040％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0030％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.0020％ 이하이다.
상기한 원소가 기본의 화학 성분이지만, 기본의 화학 성분에 더하여, 또한 필요에 따라서, 선택 원소로서, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Ca 및 REM 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.
(Cu: 0％ 이상, 0.50％ 이하)
Cu는, 강 중에 고용되어 강도 증가에 기여함과 함께, 내식성도 향상시키는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cu는 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 한편, Cu가 0.50％를 초과하여 함유되면, 강판의 표면 성상이 열화된다. 이 때문에, 함유시키는 경우에는, Cu 함유량은 0.50％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.45％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(Ni: 0％ 이상, 0.50％ 이하)
Ni는, 강 중에 고용되어 강도 증가에 기여함과 함께, 인성을 향상시키는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ni를 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.03％ 이상 함유시키는 것이 보다 바람직하고, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 더욱 바람직하다. 한편, Ni가 0.50％를 초과하여 함유되면, 재료 비용의 앙 등을 초래한다. 이 때문에, 함유시키는 경우에는, Ni 함유량은 0.50％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.45％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.40％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(Cr: 0％ 이상, 0.50％ 이하)
Cr은, 강 중에 고용됨으로써 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 탄화물, 질화물 혹은 탄질화물로서 강판 중에 석출되어, 석출 강화에 의해 강도 증가에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cr은 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 보다 바람직하고, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 더욱 바람직하다. 한편, Cr이 0.50％를 초과하여 함유되면, 인성이 저하된다. 이 때문에, 함유시키는 경우에는, Cr 함유량은 0.50％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.45％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.40％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(Mo: 0％ 이상, 0.50％ 이하)
Mo는, 강 중에 고용됨으로써 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 탄화물, 질화물 혹은 탄질화물로서 강판 중에 석출되어, 석출 강화에 의해 강도 증가에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Mo는 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 보다 바람직하고, 0.05％ 이상 함유시키는 것이 더욱 바람직하다. 한편, Mo가 0.50％를 초과하여 함유되면, 인성이 저하된다. 이 때문에, 함유시키는 경우에는, Mo 함유량은 0.50％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.45％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.40％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(V: 0％ 이상, 0.05％ 이하)
V는, 강 중에 고용됨으로써 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 탄화물, 질화물 혹은 탄질화물로서 강판 중에 석출되어, 석출 강화에 의해 강도 증가에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, V는 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 한편, V가 0.05％를 초과하여 함유되면, 인성이 저하된다. 이 때문에, 함유시키는 경우에는, V 함유량은 0.05％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.04％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(Ca: 0％ 이상, 0.05％ 이하)
Ca는, S를 CaS로서 고정하고, 황화물계 개재물을 구상화하여, 개재물의 형태를 제어하는 작용을 갖는다. 또한, 개재물의 주위의 매트릭스의 격자 변형을 작게 하여, 수소의 트랩능을 저하시키는 작용을 갖는 원소이며, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ca를 0.0005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.001％ 이상 함유시키는 것이 보다 바람직하고, 0.005％ 이상 함유시키는 것이 더욱 바람직하다. 한편, Ca가 0.05％를 초과하여 함유되면, CaO의 증가를 초래하여, 내식성, 인성이 저하된다. 이 때문에, 함유시키는 경우에는, Ca 함유량은 0.05％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는, Ca 함유량은 0.03％ 이하이다.
(REM: 0％ 이상, 0.01％ 이하)
REM은, MnS로 대표되는 개재물을 미세하게 분산시킴으로써, 강도-연성 밸런스 및 구멍 확장성의 개선에 기여한다. 여기서, 본 발명에 사용되는 REM(희토류 원소)으로서는, Y, 란타노이드 등을 들 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, REM을 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 단, 이들 원소를 과잉으로 함유시켜도, 상기 각각의 효과가 포화되어 버려 경제적으로 바람직하지 않기 때문에, 이들 원소는 각각 0.01％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 열연 강판은, 상기 원소 이외의 잔부는 Fe 및 불순물을 포함한다. 여기서 「불순물」이란, 열연 강판을 공업적으로 제조할 때, 광석이나 스크랩 등과 같은 원료를 비롯하여, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 발명에 관한 열연 강판에 대하여 의도적으로 첨가한 성분이 아닌 것을 포함하는 것이다. 또한, 불순물이란, 위에서 설명한 성분 이외의 원소이며, 당해 원소 특유의 작용 효과가 본 발명에 관한 열연 강판의 특성에 영향을 미치지 않는 레벨에서 모재 강판 중에 포함되는 원소도 포함하는 것이다.
(금속 조직의 조직 분율)
본 발명에 관한 열연 강판은, 템퍼링 마르텐사이트상을 주상으로 한다. 「주상」이란, 당해 상이, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서, 면적률로 90％ 초과, 바람직하게는 95％ 초과인 경우를 말하는 것으로 한다. 따라서, 본 발명에 관한 열연 강판에 있어서, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직이, 면적률로, 90％ 초과의 템퍼링 마르텐사이트상을 포함하고, 바람직하게는 95％ 초과의 템퍼링 마르텐사이트상을 포함한다. 주상을 템퍼링 마르텐사이트상으로 함으로써, 원하는 고강도를 얻을 수 있다. 또한, 주상 이외의 잔부 조직은, 어떠한 조직으로 구성되어 있어도 되지만, 예를 들어 잔류 오스테나이트(γ)상, 프레시 마르텐사이트(fM)상, 베이나이트(B)상, 페라이트(α)상, 및 펄라이트상 중 적어도 1종을 포함하고 있어도 된다. 여기서, 프레시 마르텐사이트상이란, ??칭 그대로의(즉, 템퍼링되어 있지 않은) 마르텐사이트상을 말한다. 당해 잔부 조직의 조직 분율의 합계가 높아지면, 강도, 구멍 확장성, 인성의 특성 중 적어도 하나가 저하되어, 원하는 특성을 얻을 수 없게 된다. 이 때문에, 잔부 조직은 면적률로 10％ 미만이고, 바람직하게는 5％ 미만이다. 잔부 조직을 구성하는 각 상의 면적률은 합계로 10％ 미만이면 되지만, 예를 들어 본 발명에 관한 열연 강판에 있어서, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직이, 면적률로, 0％ 이상 5％ 이하의 잔류 오스테나이트상, 0％ 이상 5％ 이하의 프레시 마르텐사이트상, 0％ 이상 5％ 이하의 베이나이트상 및/또는 0％ 이상 5％ 이하의 페라이트상을 포함해도 된다. 또한, 이들 잔부 조직 중, 금속 조직은, 0％ 이상 5％ 이하의 잔류 오스테나이트상 및 0％ 이상 5％ 이하의 페라이트상을 포함하고 있어도 된다.
본 발명에 관한 열연 강판의 금속 조직의 조직 분율의 측정은, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치로부터 채취한 강편의 L 단면(압연 방향에 평행한 단면)을 경면 연마한 후에, 나이탈 용액으로 부식시켜 광학 현미경으로 관찰함으로써 행해진다. 구체적으로는, 부식시킨 강편을 광학 현미경(배율: 500배)으로 관찰하고, 촬상하고, 화상 해석 장치를 사용하여 금속 조직의 종류 및 각 상의 조직 분율을 판별한다. 이 조작을 200㎛×200㎛의 시야에서 연속하는 인접한 5개의 시야에서 행하고, 얻어진 5개의 각 상의 조직 분율을 평균화하여, 금속 조직의 종류 및 조직 분율을 결정한다.
(구오스테나이트 입자의 평균 입경)
또한, 본 발명에 관한 열연 강판은, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서, L 단면에 있어서의 구오스테나이트 입자의 평균 입경이 40㎛ 미만인 금속 조직을 갖는다. 구오스테나이트 입자의 평균 입경은, 바람직하게는 39㎛ 이하, 보다 바람직하게는 38㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 35㎛ 이하, 가장 바람직하게는 25㎛ 이하이다. 이와 같은 금속 조직으로 함으로써, 취성 연성 천이 온도 vTrs를 -40℃ 이하로 할 수 있어, 고인성이며 또한 구멍 확장성도 우수한 열연 강판이 된다. 구오스테나이트 입자의 평균 입경이 L 단면에서 40㎛ 이상으로 조대화되면, 충분한 인성 및 구멍 확장성을 얻을 수 없게 된다.
(구오스테나이트 입자의 애스펙트비)
또한, 본 발명에 관한 열연 강판에서는, L 단면에 있어서의 구오스테나이트 입자의 애스펙트비를 3.5 이하로 한다. 구오스테나이트 입자의 애스펙트비는, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서 L 단면에서 측정한, 구오스테나이트 입자의 압연 방향 길이와 판 두께 방향 길이의 비, 즉 (구오스테나이트 입자의 압연 방향 길이/구오스테나이트 입자의 판 두께 방향 길이)로 정의된다. 구오스테나이트 입자의 애스펙트비는, 금속 조직의 이방성을 나타내는 지표이며, 이 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.5를 초과하면, 구멍 확장성이 저하된다. 이 때문에, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비를 3.5 이하의 범위로 한정하였다. 또한, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비는 바람직하게는 3.0 이하, 보다 바람직하게는 2.5 이하이다. 애스펙트비가 1.0에 가까울수록 구멍 확장성은 향상되기 때문에, 애스펙트비의 하한은 1.0이어도 되지만, 본 발명에 관한 열연 강판은 압연 가공되기 때문에, 구오스테나이트 입자는 적어도 압연 방향으로 신장되어, 약간 찌부러진 형상이 되기 때문에, 본 발명의 압연 조건에서는 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 1.2 미만이 되는 것은 곤란하기 때문에, 애스펙트비의 하한은 1.2여도 된다.
본 발명에 관한 열연 강판의 구오스테나이트 입자의 평균 입경 및 애스펙트비는, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치로부터 채취한 강편의 L 단면의 200㎛×200㎛의 영역을 SEM/EBSD(주사 전자 현미경/후방 산란 전자 회절)에 의해 해석함으로써 측정된다. 구체적으로는, SEM/EBSD에 의해 얻어진 마르텐사이트 조직에 소정의 결정 방위 변환을 행하여, 구오스테나이트 입자를 재구축한 화상을 얻는다. 당해 화상의 구오스테나이트 입자로부터, 동일한 면적을 갖는 원, 즉 원 상당 직경을 구하고, 그 원 상당 직경을 구오스테나이트 입자의 입경으로 한다. 이 조작을 합계 10개의 구오스테나이트 입자에 대하여 행하고, 얻어진 10개의 값을 평균화함으로써 구오스테나이트 입자의 평균 입경을 산출한다. 또한, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비는, 상기 결정 방위 변환에서 얻어진 10개의 오스테나이트 입자의 압연 방향 길이 및 판 두께 방향 길이를 측정하고, 각각의 오스테나이트 입자의 애스펙트비를 구하여, 그것들을 평균화함으로써 산출한다.
({112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비)
본 발명에 관한 열연 강판에서는, 표면으로부터 1/2 판 두께의 위치에 있어서의 {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비가 4.0 이하이다. 해당 결정 방위의 X선 랜덤 강도비는, 발달한 집합 조직의 이방성의 정도를 나타내고 있다. 당해 X선 랜덤 강도비가 4.0 초과로 되면, 금속 조직의 이방성이 증가되기 때문에, 구멍 확장성이 저하된다. 그 때문에, 본 발명에 관한 열연 강판에 있어서는, {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비는 4.0 이하이고, 바람직하게는 3.5 이하, 보다 바람직하게는 3.0 이하이다. 당해 X선 랜덤 강도비의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 1.0, 1.5 또는 2.0이어도 된다.
본 발명에 관한 열연 강판의 {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비는, 강판의 표면으로부터 1/2 판 두께의 위치에 있어서, 강판의 X선 강도비를 X선 회절(XRD)법에 의해 측정하고, 측정한 X선 강도비에 기초하여 결정 방위 분포 함수(ODF)를 구하여, {112}<110> 방위의 강도비를 산출함으로써 측정된다.
(템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경)
본 발명에 관한 열연 강판에서는, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서, 템퍼링 마르텐사이트상의 래스 내에 평균 입경이 10㎚ 이하인 미세한 탄화물을 석출시킨 조직으로 한다. 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물이 조대화되면, 파괴의 기점이 되어, 인성 및 구멍 확장성이 저하된다. 이 때문에, 본 발명에서는, 템퍼링 마르텐사이트 내에 석출되는 탄화물의 평균 입경을 10㎚ 이하로 한다. 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 1㎚, 2㎚ 또는 3㎚여도 된다. 마르텐사이트 내의 탄화물이란, 마르텐사이트 내에 존재하는 시멘타이트를 가리킨다.
본 발명에 관한 열연 강판의 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경은, 강판의 표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 강판의 L 단면을 투과형 전자 현미경으로 관찰하고, 탄화물의 면적을 측정하고, 당해 면적에 기초하여 원 상당 직경을 구함으로써 측정된다. 이 측정을, 연속하는 인접한 5개의 시야에서 행하고, 각 시야에서 구해지는 5개의 탄화물의 원 상당 직경을 평균화함으로써, 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경을 산출한다.
(기계적 특성)
본 발명에 관한 열연 강판의 강도는, JIS Z 2241:2011에 따라서 인장 시험에 의해 평가된다. 본 발명에 관한 열연 강판의 인장 강도(TS)는, 1470㎫ 이상이다. TS는 높을수록 바람직하고, 예를 들어 1500㎫ 이상, 1550㎫ 이상 또는 1600㎫ 이상이어도 된다. TS가 높을수록, 강판을 자동차의 부재로서 사용할 때, 고강도화에 의해 판 두께를 감소시켜, 경량화를 달성할 수 있다. TS의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 2500㎫ 또는 2000㎫여도 된다.
본 발명에 관한 열연 강판의 인성은, JIS Z 2242:2005에 따라서 샤르피 충격 시험에 의해 평가된다. 보다 구체적으로는, 취성 연성 천이 온도 vTrs(℃)를 구함으로써 평가된다. 본 발명에 관한 열연 강판의 vTrs는 -40℃ 이하이다. vTrs는 낮을수록 바람직하고, 예를 들어 -45℃ 이하 또는 -50℃ 이하여도 된다. vTrs의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 -100℃, -90℃ 또는 -80℃여도 된다.
본 발명에 관한 열연 강판의 구멍 확장성은, JIS Z 2256:2010에 따라서 구멍 확장률 λ에 의해 평가된다. λ는, 시험편에 직경 d0의 펀칭 구멍을 뚫고, 선단 각도가 60°인 펀치를 이 펀칭 구멍에 압입하여, 발생한 균열이 시험편의 판 두께를 관통한 시점의 펀칭 구멍의 직경 d를 측정함으로써, 하기의 식으로부터 구한다.
λ(％)={(d-d0)/d0}×100
본 발명에 관한 열연 강판의 λ는, 60％ 이상이다. λ는 높을수록 바람직하고, 예를 들어 65％ 이상, 70％ 이상 또는 75％ 이상이어도 된다. λ의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 100％, 95％ 또는 90％여도 된다.
다음에, 상기한 본 발명의 열연 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
[열연 강판의 제조 방법]
본 발명의 제조 방법에서는, 상기한 화학 성분을 갖는 슬래브를 가열하는 가열 공정과, 해당 가열된 슬래브에 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하는 열연 공정과, 열연 강판을 냉각하는 냉각 공정과, 냉각한 열연 강판을 권취하는 권취 공정과, 권취한 열연 강판을 공랭한 후에 저온 되감기하는 템퍼링 공정을 순차적으로 실시한다.
(가열 공정)
먼저, 가열 공정에 대하여 설명한다. 가열 공정에서는, 상기한 화학 성분의 슬래브를 1250℃ 이하, 바람직하게는 1240℃ 이하의 온도로 가열한다. 또한, 가열 온도가 1100℃ 미만인 경우, 탄화물이나 질화물의 용해가 불충분하여 얻어지는 열연 강판의 저온 인성이 저하될 우려가 있기 때문에, 가열 온도는 1100℃ 이상이면 바람직하고, 1150℃ 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 가열 온도가 1250℃를 초과하여 고온으로 되면, 결정립이 조대화되어, 얻어지는 열연 강판의 저온 인성이 저하되고, 또한 스케일 생성량이 증대되어, 수율이 저하된다. 이 때문에, 슬래브의 가열 온도를 1250℃ 이하의 온도로 한정하였다.
(열연 공정)
다음에, 가열된 슬래브를 조바로 하는 조압연과, 해당 조바를 열연 강판으로 하는 마무리 압연으로 이루어지는 열연 공정을 실시한다. 조압연은, 슬래브를 원하는 치수 형상의 조바로 함과 함께, 마무리 압연에 있어서의 900℃ 이상의 온도역에서의 압하율을 원하는 범위 내로 조정할 수 있도록 하기 위해, 조압연 출측 온도 RDT를 950℃ 이상 1150℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하다.
조압연 출측 온도가 950℃ 미만인 경우, 조압연에 계속되는 마무리 압연에서, 900℃ 이상의 최종 압연 온도를 얻는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 조압연 출측 온도가 1150℃를 초과하여 고온이 되면, 결정립이 조대화되어, 얻어지는 열연 강판의 저온 인성이 저하될 우려가 있다.
또한, 조압연에 계속되는 마무리 압연은, 마무리 압연 입측 온도를 1000℃ 이상 1150℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 제조 방법에 있어서, 마무리 압연 출측 온도(즉, 마무리 압연 종료 온도)를 900℃ 이상 1050℃ 이하의 온도로 하고, 최종단(마무리 압연)의 압하율을 10％ 이상 40％ 이하로 한다.
본 발명 범위의 화학 성분에 있어서는, 900℃ 이하의 온도역은, 거의 미재결정 오스테나이트역에 상당한다. 미재결정 오스테나이트역에 있어서는, 압연에 의해 오스테나이트 결정립은 압연 방향으로 신장되어, 고애스펙트비의 결정립이 형성되어, 특정 결정 방위가 집적되고, 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, 본 발명에 있어서, 마무리 압연 출측 온도, 즉 마무리 압연 종료 온도를 900℃ 이상으로 한다. 또한, 마무리 압연 출측 온도가 1050℃ 초과이면, 구오스테나이트 입자가 조대화되어, 인성 및 구멍 확장성이 악화된다. 따라서, 본 발명에 있어서, 마무리 압연 출측 온도, 즉 마무리 압연 종료 온도를 1050℃ 이하로 한다. 마무리 압연 종료 온도의 하한은, 바람직하게는 920℃, 보다 바람직하게는 950℃이다. 또한, 마무리 압연 종료 온도의 상한은, 바람직하게는 1020℃, 보다 바람직하게는 1000℃이다.
마무리 압연 입측 온도가 1000℃ 미만인 경우, 마무리 압연 출측 온도 900℃ 이상으로 하는 조정이 곤란해지는 경우가 있다. 한편, 마무리 압연의 입측 온도가 1150℃를 초과하면, 구오스테나이트 입자가 조대화되어, 원하는 입경이 얻어지지 않을 우려가 있다. 따라서, 마무리 압연 입측 온도를 1000℃ 이상 1150℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 최종단의 압하율이 10％ 미만이면 구오스테나이트 입자가 조대해져, 원하는 구멍 확장성 및 인성이 얻어지지 않는다. 또한, 최종단의 압하율이 40％ 초과이면, 오스테나이트 입자가 신장되어, 고애스펙트비의 결정립이 형성되어, 특정 결정 방위가 집적되고, 구멍 확장성이 저하된다. 최종단의 압하율의 하한은, 바람직하게는 12％, 보다 바람직하게는 15％이다. 또한, 최종단의 압하율의 상한은, 바람직하게는 35％, 보다 바람직하게는 30％이다.
상기한 압연 조건으로 함으로써, 구오스테나이트 입자의 평균 입경이, 40㎛ 미만이고, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.5 이하인 조직으로 할 수 있다. 다음에, 열연 공정(열간 압연 종료) 후, 바로 런아웃 테이블(Run Out Table: ROT) 상에 설치된 냉각 장치에서, 냉각을 개시하여, 냉각 공정을 실시한다.
(냉각 공정)
냉각 공정에서는, 냉각 개시 온도로부터 700℃까지의 냉각 초기의 평균 냉각 속도가 20℃/초 이상 200℃/초 이하이고, 냉각 개시 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도가 40℃/초 이상이다. 냉각 개시 온도로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도의 하한은, 바람직하게는 30℃/초, 보다 바람직하게는 40℃/초, 더욱 바람직하게는 50℃/초이다. 또한, 냉각 개시 온도로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도의 상한은, 바람직하게는 180℃/초, 보다 바람직하게는 150℃/초, 더욱 바람직하게는 100℃/초이다. 그리고, 냉각 개시 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도의 하한은, 바람직하게는 50℃/초, 보다 바람직하게는 60℃/초이다.
또한, 원하는 구오스테나이트 입자의 평균 입경을 얻기 위해서는, 열연 공정의 종료 후부터 냉각을 개시할 때까지의 시간을, 2.0초 이내로 할 필요가 있다. 냉각 개시까지의 체류 시간이 길어지면, 재결정 온도역 내의 경우에는 결정립이 조대화될 가능성이 있어, 원하는 구오스테나이트 입경으로 조정이 곤란해진다. 열연 공정의 종료 후부터 냉각을 개시할 때까지의 시간은, 바람직하게는 1.0초 이내이며, 보다 바람직하게는 0.5초 이내이다.
또한, 본 발명의 특징인 냉각 개시 온도로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도가 200℃/초 초과이면, 구오스테나이트 입계에 대한 B 편석이 억제되어, ??칭성이 저하되고, 500 내지 600℃의 온도역에서 오스테나이트의 일부가 베이나이트 변태하여, 원하는 금속 조직이 얻어지지 않아, 원하는 충격 특성, 즉 인성 및 구멍 확장성이 얻어지지 않게 된다. 한편, 당해 평균 냉각 속도가 20℃/초 미만이면, 냉각 시에 마르텐사이트가 충분히 생성되지 않아, 템퍼링 후에 템퍼링 마르텐사이트상을 주상으로 하는 원하는 조직이 얻어지지 않게 된다. 또한, 냉각 개시 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도가 40℃/초 미만이면, 마찬가지로 냉각 시에 마르텐사이트가 충분히 생성되지 않아, 템퍼링 후에 템퍼링 마르텐사이트상을 주상으로 하는 원하는 조직이 얻어지지 않게 된다. 이 때문에, 냉각 공정(열연 공정 종료 후부터 권취까지)에 있어서의 냉각 속도를 40℃/초 이상으로 한다. 또한, 냉각 개시 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도의 상한은, 사용하는 냉각 장치의 능력에 의존하여 결정되지만, 휨 등의 강판 형상의 악화를 수반하지 않는 냉각 속도인, 150℃/초로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직한 냉각 속도는, 50℃/초 이상 100℃/초 이하이다.
또한, 냉각 정지 온도가, 100℃ 초과인 경우에는, 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물이 조대화되어 원하는 인성이 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 이 때문에, 냉각 정지 온도를 100℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직한 냉각 정지 온도는 90℃ 이하이다. 한편 냉각 정지 온도가 20℃ 미만인 경우에는 냉각 비용이 늘어나기 때문에, 냉각 정지 온도를 20℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
(권취 공정)
냉각 공정을 종료한 후, 이어서 20℃ 이상 100℃ 이하의 권취 온도에서 코일상으로 권취하는 권취 공정을 실시한다. 열연 강판을 권취하는 권취 온도가 100℃ 초과이면, 프레시 마르텐사이트의 비율이 증가되어, 템퍼링 마르텐사이트를 주상으로 하는 금속 조직이 얻어지지 않게 되고, 또한, 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물이 조대화되기 때문에, 원하는 인성 및 구멍 확장성이 얻어지지 않게 된다. 한편, 권취 온도가 20℃ 미만이 되면, 냉각 비용이 늘어나기 때문에, 권취 온도를 20℃ 이상으로 한다. 권취 온도의 하한은 바람직하게는 25℃, 보다 바람직하게는 30℃이다. 또한, 권취 온도의 상한은, 바람직하게는 90℃, 보다 바람직하게는 80℃이다.
(템퍼링 공정)
또한 적산 템퍼링 파라미터 ST가 13.0 이상 27.0 이하가 되는 조건에서 저온 템퍼링하는 템퍼링 공정을 실시한다. 적산 템퍼링 파라미터 ST가 상기 범위 내이면, 원하는 템퍼링 마르텐사이트 면적률 및 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경이 얻어진다. 적산 템퍼링 파라미터 ST가 13.0 미만인 경우에는, 프레시 마르텐사이트가 잔존하고 있기 때문에, 원하는 금속 조직이 얻어지지 않아, 충분한 인성 및 구멍 확장성이 얻어지지 않는다. 한편 적산 템퍼링 파라미터 ST가 27.0 초과인 경우에는, 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물이 조대화되어, 충분한 구멍 확장성 및 인성이 얻어지지 않게 된다. 또한, 페라이트가 석출되어 원하는 조직이 얻어지지 않고, 강도도 저하되는 경우가 있다. 적산 템퍼링 파라미터 ST의 하한은, 바람직하게는 15.0, 보다 바람직하게는 18.0, 더욱 바람직하게는 20.0이다. 또한, 템퍼링 파라미터 ST의 상한은, 바람직하게는 25.0, 보다 바람직하게는 23.0이다.
적산 템퍼링 파라미터 ST는 하기의 간편한 방법으로 계산할 수 있다. 먼저, 템퍼링 시의 온도 이력을 온도 T(℃), 시간 t(초)로 나타낸다. 다음에 시간을 미소 구간 Δt로 분할하고, 각각의 미소 구간 Δt에 대한 템퍼링 파라미터 ΔST를 (1)식으로부터 구하고, T≥100℃의 영역에 대하여 (2)를 사용하여 템퍼링 파라미터 ΔST를 적산함으로써, 적산 템퍼링 파라미터 ST를 산출한다.
ΔST=(logΔt)-16740/(T+273)+50 (1)
ST=Log(Σ10ΔST) (2)
적산 템퍼링 파라미터 ST를 13.0 이상 27.0 이하로 하기 위해서는, 저온(예를 들어 100℃ 이상 300℃ 이하)에서 1초간 이상 6시간 이하 템퍼링하면 된다. 바람직하게는, 150℃ 이상 300℃ 이하의 온도에서 1분간 이상 60분간 이하 템퍼링하면 된다. 저온에서 템퍼링함으로써, 템퍼링 마르텐사이트를 주상으로 하는 조직을 얻을 수 있어, 구멍 확장성 및 인성이 향상된다. 템퍼링 온도가 300℃ 초과로 되면, 마르텐사이트 내의 탄화물이 조대화될 우려가 있다.
이상과 같이 열연 강판을 제조함으로써, 인장 강도(TS) 1470㎫ 이상, 구멍 확장률(λ) 60％ 이상, 및 취성 연성 천이 온도(vTrs) -40℃ 이하의 특성을 갖는, 구멍 확장성 및 인성이 우수한 고강도의 열연 강판을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 관한 열연 강판의 판 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5 내지 8.0㎜일 수 있다. 판 두께의 상한은, 7.0㎜, 6.0㎜ 또는 5.0㎜여도 된다.
실시예
(열연 강판의 시료 제작)
표 1에 나타내는 화학 성분의 슬래브에 대하여, 표 2에 나타내는 조건에서 가열 공정, 열연 공정을 실시하고, 열간 압연 종료 후, 표 2에 나타내는 조건에서 냉각 공정, 권취 공정, 및 템퍼링 공정을 순차적으로 실시하여, 판 두께 2.3㎜의 열연 강판(강대)으로 하였다. 적산 파라미터 ST는 상기 (1) 및 (2)식에 의해 산출하였다. 또한, 본 실시예에서는 Δt=1(초)로 하였다. 시료 No.9 내지 11은 권취 공정 후에 템퍼링을 행하지 않은 예이며, 표 2에 있어서는 템퍼링 파라미터 ST를 「-」로 나타냈다.
(금속 조직의 측정)
얻어진 열연 강판의 시료로부터, 템퍼링 마르텐사이트 및 잔부 조직의 조직 분율, 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경, 구오스테나이트 입자의 평균 입경 및 애스펙트비, 그리고 {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비를 결정하였다. 각 시료에 대한 이들 값을 표 3에 나타낸다. 또한, 강도 평가를 위한 인장 시험, 인성 평가를 위한 충격 시험, 및 구멍 확장 시험을 실시하였다.
얻어진 열연 강판으로부터 조직 관찰용 시험편을 채취하고, 압연 방향에 평행한 단면(L 단면)을 연마하고, 나이탈액으로 부식하고, 광학 현미경(배율: 500배)으로 조직을 관찰하였다. 관찰 위치는, 강판 표면으로부터 1/4t(여기서, t: 판 두께)의 위치로 하고, 200㎛×200㎛의 시야에서 연속한 인접하는 5개의 시야를 관찰하였다. 각각의 시야에서 조직 화상을 촬상하고, 화상 해석 장치를 사용하여, 금속 조직의 종류를 판별하여 각각의 상의 조직 분율을 구하고, 각 상에 대하여 5개의 시야에서 구한 조직 분율의 값을 평균화함으로써, 금속 조직의 조직 분율을 결정하였다. 표 3에 있어서, fM은 프레시 마르텐사이트상, γ는 잔류 오스테나이트 상, α는 페라이트상, 및 B는 베이나이트상을 의미한다.
구오스테나이트 입자의 평균 입경 및 애스펙트비는, 이하의 방법에 의해 구하였다. 구오스테나이트 입자의 평균 입경은, 강판의 표면으로부터 판 두께 1/4에서 채취한 강편의 L 단면의 200㎛×200㎛의 영역을 SEM/EBSD에 의해 해석하였다. SEM/EBSD에 의해 얻어진 마르텐사이트 조직을 소정의 결정 방위 변환을 행하여, 구오스테나이트 입자를 재구축한 화상을 얻었다. 당해 화상의 구오스테나이트 입자로부터, 동일한 면적을 갖는 원, 즉 상당 원 직경을 구하고, 그 원 상당 직경을 구오스테나이트 입자의 입경으로 하였다. 이것을 합계 10개의 구오스테나이트 입자에 대하여 행하여, 평균화함으로써 구오스테나이트 입자의 평균 입경을 구하였다. 또한, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비는, 상기와 같이 재구축한 10개의 구오스테나이트 입자의 압연 방향 길이와 판 두께 방향 길이의 비를 각각 산출하고, 평균화함으로써 구하였다.
템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경은, 강판의 표면으로부터 판 두께 1/4에 있어서 채취한 강편의 L 단면을 투과형 전자 현미경으로 관찰하고, 탄화물의 면적을 측정하고, 당해 면적에 기초하여 원 상당 직경을 구함으로써 측정하였다. 이 측정을, 연속한 인접하는 5개의 시야에서 행하고, 5개의 탄화물의 원 상당 직경을 평균화함으로써, 탄화물의 평균 입경을 산출하였다.
강판의 집합 조직의 측정은 판 두께 1/2t면의 X선 강도비를 XRD로 측정하고, 측정한 X선 강도비에 기초하여 결정 방위 분포 함수(ODF)를 구하여, {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비를 산출하였다.
(열연 강판의 시료의 기계적 특성의 측정)
얻어진 열연 강판의 소정의 위치(코일 길이 방향 단부, 폭 방향 1/4의 위치)로부터, 압연 방향에 수직인 방향(C 방향)이 길이 방향이 되도록, 판상의 시험편(평행부 폭: 25㎜, 표점간 거리: 50㎜)을 채취하고, JIS Z 2241:2011의 규정에 준거하여, 실온에서 인장 시험을 실시하여, 인장 강도 TS(㎫) 및 항복 응력(㎫)을 구하였다.
얻어진 열연 강판의 소정의 위치(코일 길이 방향 단부, 폭 방향 1/4의 위치)의 판 두께 중심부로부터, 압연 방향에 수직인 방향(C 방향)이 길이 방향이 되도록 V 노치 시험편을 채취하고, JIS Z 2242:2005의 규정에 준거하여 샤르피 충격 시험을 실시하여, 취성 연성 천이 온도 vTrs(℃)를 구하였다.
구멍 확장률 λ는, JIS Z 2256:2010에 따라서 구하였다. 구체적으로는, 시험편에 직경 d0=10㎜의 펀칭 구멍을 뚫고, 선단 각도가 60°인 펀치를 이 펀칭 구멍에 압입하여, 발생한 균열이 시험편의 판 두께를 관통한 시점의 펀칭 구멍의 직경 d를 측정하고, 하기의 식으로부터 구하였다.
λ(％)={(d-d0)/d0}×100
실시예에서는, TS가 1470㎫ 이상, λ가 60％ 이상, 및 vTrs가 -40℃ 이하이고, 원하는 강도, 인성 및 구멍 확장성의 특성이 얻어졌다. 특성이 상기 범위를 충족하지 않는 것은 밑줄로 표시하였다.
Figure 112021088244182-pct00001
Figure 112021088244182-pct00002
Figure 112021088244182-pct00003
시료 No.2는 마무리 압연 종료 온도가 낮아, 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 높고, 또한 집합 조직이 발달하였기 때문에, 구멍 확장성이 좋지 않다. 한편, 시료 No.3은 마무리 압연 종료 온도가 높아, 구오스테나이트 입자가 조대화되었기 때문에, 구멍 확장성과 천이 온도가 좋지 않았다.
시료 No.4는 최종단의 압하율이 낮아, 구오스테나이트가 충분히 찌부러지지 않고, 입경이 조대화되어, 구멍 확장성과 천이 온도가 좋지 않았다. 한편 시료 No.5는 압하율이 너무 높기 때문에, 구오스테나이트 입자가 편평하게 찌부러져, 애스펙트비가 높아지고, 또한 이방성도 강해져, 구멍 확장성이 좋지 않다.
시료 No.6은 압연 완료 후, 냉각 개시까지 시간을 요함으로써, 구오스테나이트 입자가 조대화되어, 구멍 확장성과 천이 온도가 좋지 않았다.
시료 No.7은 냉각 개시 온도로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도가 너무 빨랐기 때문에, 구오스테나이트 입자 상의 B 편석이 충분히 이루어지지 않았기 때문에, 냉각 중에 오스테나이트의 일부가 베이나이트 변태하여, 원하는 금속 조직이 얻어지지 않아, 구멍 확장성과 천이 온도가 좋지 않았다고 생각된다.
시료 No.8은 냉각 개시 온도로부터 권취까지의 평균 냉각 속도가 전반은 빠르지만, 후반에서는 냉각 속도가 느려졌기 때문에, 베이나이트 변태가 발생하여, 필요한 템퍼링 마르텐사이트 조직이 되지 않았기 때문에, 강도가 저하되고, 또한 구멍 확장성과 천이 온도도 저하되었다.
시료 No.9 내지 11은 권취 온도가 100℃ 초과이며, 또한, 템퍼링을 행하지 않아, 프레시 마르텐사이트가 잔존하여, 원하는 조직이 얻어지지 않고, 또한 마르텐사이트 내의 탄화물이 조대화되었기 때문에, 구멍 확장성과 천이 온도가 좋지 않았다.
시료 No.12 내지 14는 템퍼링 파라미터가 27.0 초과이며, 템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물이 조대화되었기 때문에, 구멍 확장성 및 천이 온도가 좋지 않았다. 또한, 시료 No.12에서는, 일부가 재결정화되어 페라이트가 발생하였기 때문에, 강도도 저하되었다. 한편, 시료 No.15 내지 18은 템퍼링 파라미터가 13.0 미만이며, 프레시 마르텐사이트가 잔존해 있었기 때문에, 구멍 확장성과 천이 온도가 좋지 않았다.
시료 No.35는, 화학 성분으로서 B가 포함되지 않았기 때문에, 구오스테나이트 입자 상의 B 편석이 이루어지지 않았으므로, 천이 온도가 좋지 않았다. 시료 No.36은, B 함유량이 과잉이었기 때문에, 구멍 확장성이 좋지 않았다. 시료 No.37은, C 함유량이 부족하였기 때문에, 원하는 강도가 얻어지지 않았다. 시료 No.38은, C 함유량이 과잉이었기 때문에, 프레시 마르텐사이트가 잔존하여, 원하는 구멍 확장성과 천이 온도가 얻어지지 않았다. 시료 No.39는, Si 함유량이 과잉이었기 때문에, 고용 Si에 의해 천이 온도 상승을 초래하여, 원하는 천이 온도가 얻어지지 않았다.
시료 No.51은, 화학 성분으로서 Nb와 Ti 양쪽이 포함되지 않았기 때문에, 구오스테나이트 입자가 조대화되어, 천이 온도가 좋지 않았다.
시료 No.1, No.19 내지 34, No.40 내지 50 및 No.52 내지 60은 본 발명의 범위 내이며, 강도, 구멍 확장성 및 천이 온도의 특성이 양호하였다.

Claims (8)

  1. 질량％로,
    C: 0.12％ 이상, 0.25％ 이하,
    Si: 0.01％ 이상, 2.0％ 이하,
    Mn: 0.5％ 이상, 3.0％ 이하,
    P: 0.020％ 이하,
    S: 0.010％ 이하,
    Al: 0.001％ 이상, 0.10％ 이하,
    B: 0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하,
    Cu: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
    Ni: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
    Cr: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
    Mo: 0％ 이상, 0.50％ 이하,
    V: 0％ 이상, 0.05％ 이하,
    Ca: 0％ 이상, 0.05％ 이하 및
    REM: 0％ 이상, 0.01％ 이하
    를 함유하고,
    Nb: 0.001％ 이상, 0.020％ 이하, 및
    Ti: 0.001％ 이상, 0.20％ 이하
    중 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는 화학 성분을 갖고,
    표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직이, 면적률로, 90％ 초과의 템퍼링 마르텐사이트를 포함하고,
    템퍼링 마르텐사이트 내의 탄화물의 평균 입경이 10㎚ 이하이고,
    구오스테나이트 입자의 평균 입경이 40㎛ 미만이고,
    구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.5 이하이고,
    표면으로부터 1/2 판 두께의 위치에 있어서의 {112}<110> 방위의 X선 랜덤 강도비가 4.0 이하이며,
    인장 강도(TS)가 1470MPa 이상이고, JIS Z 2256:2010에 따른 구멍 확장률 λ가 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    질량％로,
    Cu: 0.01％ 이상, 0.50％ 이하,
    Ni: 0.01％ 이상, 0.50％ 이하,
    Cr: 0.001％ 이상, 0.50％ 이하,
    Mo: 0.001％ 이상, 0.50％ 이하,
    V: 0.001％ 이상, 0.05％ 이하,
    Ca: 0.0005％ 이상, 0.05％ 이하 및
    REM: 0.001％ 이상, 0.01％ 이하
    중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    금속 조직이, 면적률로, 95％ 초과의 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직의 잔부 조직이, 잔류 오스테나이트, 프레시 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트, 및 펄라이트 중 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    표면으로부터 1/4 판 두께의 위치에 있어서의 금속 조직의 잔부 조직이, 0％ 이상 5％ 이하의 잔류 오스테나이트, 및 0％ 이상 5％ 이하의 페라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.0 이하인 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 화학 성분을 함유하는 슬래브를 1250℃ 이하에서 가열하는 가열 공정과,
    가열한 슬래브를, 최종단의 압하율이 10％ 이상, 40％ 이하에서 마무리 압연하는 것을 포함하는 열연 공정이며, 마무리 압연의 종료 온도가 900℃ 이상 1050℃ 이하인 열연 공정과,
    열연 공정의 종료 후 2.0초 이내에 냉각을 개시하여, 냉각 개시 온도로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도가 20℃/초 이상 200℃/초 이하이고, 또한, 냉각 개시 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도가 40℃/초 이상인 냉각 속도로 연속적으로 열연 강판을 냉각하는 냉각 공정과,
    냉각한 열연 강판을 20℃ 이상 100℃ 이하에서 권취하는 권취 공정과,
    권취한 열연 강판을 실온까지 공랭한 후, 적산 템퍼링 파라미터 ST가 13.0 이상 27.0 이하가 되는 조건에서 저온 템퍼링하는 템퍼링 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    적산 템퍼링 파라미터 ST가 20.0 이상 25.0 이하인 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 제조 방법.
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