KR20000068956A - 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판과 이의 제조방법, 및 냉간 압연 강판의 제조 방법 - Google Patents

초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판과 이의 제조방법, 및 냉간 압연 강판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반 고온 스트립 밀로 용이하게 실시가능하고 또한 기계적 성질의 이방성이 적고, 더구나 종래 기술로 달성할 수 없는 최종 페라이트의 입경이 2㎛ 미만인 초미세 입자를 수득하는, 가공용 열간 압연 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 페라이트을 주상으로 하는 열간 압연 강판으로써, 평균 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만인 열간 압연 강판에 관한 것으로, 본 열간 압연 강판은 열간 마무리 압연을 시행할 때 동적 재결정 조건하에서 압연 분쇄를 5개 이상의 스탠드의 압연 분쇄 패스에서 수행함으로써 수득될 수 있다.

Description

초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판과 이의 제조 방법, 및 냉간 압연 강판의 제조 방법{HOT ROLLED STEEL PLATE TO BE PROCESSED HAVING HYPER FINE PARTICLES, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING COLD ROLLED STEEL PLATE}
자동차용 재료, 구조물용 재료 등에 이용되는 강철 물질은, 강도, 가공성, 인성 등의 기계적 성질이 우수한 것이 필요하다. 이러한 기계적 성질을 종합적으로 높이기 위해서는, 조직을 미세화하는 것이 효과적이기 때문에, 미세한 조직을 목표로하는 제조 방법이 수많이 모색되어 있다. 또한, 고장력 강판에 있어서, 최근 저비용과 고기능성을 양립할 수 있는 고장력 강판이 요구되고 있으며, 또한 이러한 요구에 적합한 강판의 개발을 목표로 하며, 고장력화로 인한 연성, 인성, 내구비 등의 열화를 억제할 목적으로 고장력 강철 물질 조직의 미세화가 중요한 과제로 되어왔다. 또한, 마찬가지로 자동차용 재료 등에 이용되는 냉간 압연 강판에 있어서, 재료로 하는 열간 압연 강판의 미세화가 가공성, 특히 r값(랜크포드 값(Lankford value))의 향상에 유효하기 때문에, 냉간 압연 모재로서의 열간 압연 강판 조직의 미세화도 중요한 과제로 되어있다.
종래 기술에 있어서의 조직의 미세화 수단을 총괄하면, 고분쇄 압연법, 제어압연법, 제어 냉각법 등이 있다.
이중, 고분쇄 압연에 의한 조직 미세화법으로서는, 예컨대 일본국 특허공개공보 제 83-123823 호에 대표적으로 기재되어 있는 것을 들 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 미세화 기구의 요점은, 오스테나이트(austenite) 입자를 고분쇄하여 γ상으로부터 α상으로 스트레인 유발 변형을 증진시키는 것으로, 이러한 방법에 의해 어느 정도의 미세화가 달성될 수 있다. 그러나, 1회 패스당 40% 이상의 압연 분쇄량이 요구되기 때문에, 일반적인 고온 스트립 밀로는 실현하여 어렵다고 하는 제조상의 문제가 있다. 더구나, 이러한 실시 제조 조건이 어렵기 때문에, 수득되는 최종 조직의 미세화에는 한계가 있고, 평균 결정 입자의 직경이 5㎛정도까지이다. 또한, 고분쇄 압연에 의해서 결정이 편평하게 되기 때문에, 기계적 특성에 이방성이 발생하거나, 탈적층화에 의해 파괴 흡수 에너지가 저하된다고 하는 문제도 있다.
한편, 제어 압연법이나 제어 냉각법에 속하는 결정 미세화법을 적용한 강판으로서는 Nb 또는 Ti을 함유하는 석출 강화형 강판이 있다. 이들의 강판은, Nb, Ti의 석출 강화 작용을 이용하여 고장력화를 도모함과 동시에, Nb, Ti이 갖추는 오스테나이트 입자의 재결정 억제작용을 이용하여, 저온 마무리 압연을 실시하였을 때의 미세 재결정 변형인 오스테나이트 입자의 γ상으로부터 α상으로의 스트레인 유발 변형에 의해 페라이트 결정 입자를 미세화하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 강판은 기계적 성질의 이방성이 크다는 점에서 문제가 있어서, 예를 들면 프레스 성형을 실시하는 자동차용 강판 등에는, 연성이 가장 뒤떨어지는 방향에서의 특성 수준에 의해서 성형 한계가 결정되기 때문에, 이와 같이 이방성이 큰 강판은 조직을 미세화시킨 효과가 특성으로서 전혀 나타나지 않는 경우가 있다. 구조물의 재료 등에 이용한 경우도 마찬가지로서, 구조물용 재료에 있어서 중요한 인성, 피로 강도 등의 이방성이 커지기 때문에 조직을 미세화한 효과가 특성으로서 완전히 나타나지 않은 경우가 있다. 더욱이, 이러한 방법에 있어서, 수득가능한 입경은 약 2㎛ 미만 정도가 될 수 있다.
또한, 열간 압연 직후에 급냉 처리를 수행하여, 입자 성장을 억제하는 수단도 알려져 있지만(예컨대, 일본국 특허 공고 공보 제 92-11608호공보), 이 방법에 의해서도, 4㎛ 정도의 미세 입자가 한계이다.
상술한 바와 같이 종래 기술에 있어서는, 도달할 수 있는 최종 페라이트 입경은, 2㎛가 한계이다. 결정 입자의 미세화로 인한 기계적 성질의 개선 효과는, 결정 입자의 직경의 제곱의 역수이기 때문에, 이 개선 효과는 입경이 2㎛ 이상의 영역에서는 완만한 향상 밖에는 보이지 않고, 2㎛ 미만의 결정 입경이 실현되면 대폭적인 특성 향상이 달성할 수 있다.
본 발명은 자동차용, 가전용, 기계구조물용, 건축용 등의 용도에 적용하기 유리하며, 열간 압연되어 평균입경이 2㎛ 미만인 초미세 페라이트 입자를 갖고, 연성, 인성, 피로강도 등이 우수하며, 더불어 이들의 특성의 이방성이 적은 열간 압연 강판과 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 열간 압연 강판을 재료로 하는 가공성이 우수한 냉간 압연 강판에 관한 것이다.
도 1은 열간 압연 강판의 페라이트 평균 직경과 기계적 성질과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 마무리 압연의 하부스트림에 있어서의 강판 가열 수단을 예시한 도이다.
도 3은 홀 확대율의 측정 방법을 예시한 도이다.
도 4는 강판의 S의 양과 홀 확대율과의 관계를 예시한 도이다.
본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 문제를 해결하여, 일반의 고온 스트립 밀로 용이하게 실시가능하고, 또한, 기계적 성질의 이방성이 적고, 더구나 종래 기술로 달성할 수 없었던 최종 페라이트의 입경이 2㎛ 미만인 초미세 입자를 수득한 가공용 열간 압연 강판이나 냉간 압연 강판용 모재 및 유리한 그의 제조 방법을 동시에 제안하고자 한다.
본 발명은, 페라이트를 주상(主相)으로 하는 열간 압연 강판으로서, 평균의 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5미만인 것을 특징으로 하는, 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판에 관한 것이다.
본 발명은, 페라이트를 주상으로 하는 열간 압연 강판으로서, 평균의 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만이고, 평균 페라이트의 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경 ds(㎛)가 식 0.3〈dm/ds〈3를 만족시키는 초미세 입자를 포함하는 가공용 열간 압연 강판에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 페라이트를 주상으로 하는 열간 압연 강판으로서, 평균 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만이고, 평균의 페라이트 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경 ds(㎛)가 식 0.3〈dm/ds〈3을 만족시키고, 인접한 제 2 상의 입자 상호간의 간격이 해당 제 2 상의 결정 입자 반경의 2배 미만인 비율이 10% 미만이 되는 제 2 상을 함유하는 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판에 관한 것이다.
본 발명의 가공용 열간 압연 강판의 바람직한 성분 조성 범위는, C: 0.01 내지 0.3 중량%, Si: 3.0 중량% 이하, Mn: 3.0 중량% 이하, P: 0.5 중량% 이하를 함유하고, 또한, Ti: 0 내지 1.0 중량%, Nb: 0 내지 1.0 중량%, V: 0 내지 1.0 중량%, Cr: 0 내지 1.0 중량%, Cu: 0 내지 3.0 중량%, Mo: 0 내지 1.0 중량%, Ni: 0 내지 1.0 중량%중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, Ca, REM, B중 1종 또는 2종 이상을 총 0 내지 0.005 중량%으로 함유하고, 나머지는 실질적으로 철의 성분이다. 또한, 상기 바람직한 성분 조성중에서 Mn의 양을 0.5 중량% 이상으로 함유하는 경우, 제 2 상은, 마텐사이트(martensite), 바이나이트, 잔류량의 오스테나이트, 퍼라이트 및 철형의 페라이트중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조직이다.
또한, 본 발명은 열간 압연 강판용 재료를 용융시키고, 즉시 또는 일단 냉각한 후1200℃ 이하로 가열시키고, 열간 압연을 실시하며, 이때 동적 재결정 조건에서의 압연 분쇄를 5개 이상의 스탠드의 압연 분쇄 패스로서 실행하는 것을 특징으로 하는 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 가공용 열간 압연 강판은, 인화 경화량이 100 MPa 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 가공용 열간 압연 강판의 제조 방법에 있어서, 마무리 압연 설비인 로울 스탠드 사이에 마련된 가열 수단에 의해 롤 또는 강판을 가열할 수 있다.
또한, 본 발명의 가공용 열간 압연 강판은, 초미세 입자를 함유하는 냉간 압연 강판의 모재로 사용할 수 있으며, 이러한 초미세 입자를 함유하는 냉간 압연 강판을 제조하는 방법은, 해당 냉간 압연 강판용 모재를 압연 분쇄율 50 내지 90%로 냉간 압연시킨 후, 이어서 600℃ 내지 Ac3전이점 이하에서 어닐링을 시키는 방법이 있다.
또, 본 발명에 있어서, 페라이트 입자의 양태비란, 페라이트 입자의 장경과 단경의 비를 말하는 것이다. 실제로는, 페라이트 입자가 압연 방향으로 신장하기 때문에, 압연 방향 단면의 장경과 단경의 비로 대체될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 페라이트 입자의 평균 입경이란, 종래 기법에 따라서, 압연 방향 단면에 있어서의 평균입경으로 한다.
제 2 상의 평균 결정 입경이란, 결정 조직 사진에 의해 주상인 페라이트 이외의 조직의 면적과 결정의 수를 구하여, 해당 면적을 갖는 구형의 직경으로 환산하여 측정한 것이다. 각각의 제 2 상의 입경을 구하는 경우에도, 구형으로 환산하여 계산할 수도 있다.
본 발명의 강판이, 페라이트를 주상으로 한다는 것은, 페라이트상이 체적율로 50% 이상을 차지함을 말한다.
또한, 본 발명의 강판에 있어서, 성분 조성 범위에서 Ti의 양 등의 함유량의 하한이 0%이라는 것은, 이러한 성분을 첨가하지 않을 수 있거나 첨가할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 발명자 등은, 상기 문제를 해결하도록 연구개발에 전력한 결과, 고온의 열간 압연시, 동적 재결정화 조건에서 반복하여 압연 분쇄를 수행함으로써 페라이트의 초미세 입자를 수득할 수 있음을 발견하였다. 이러한 동적 재결정 조건하에서의 압연 분쇄가 고 압연 분쇄가 될 필요는 없으며, 이로써 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만인 양호한 조직이 수득될 있기 때문에 기계적 특성의 이방성도 해소되는 것을 더불어 발견하였다.
전술한 바와 같은 평균 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만인 강판은, 결정입자가 미세하기 때문에, 강도, 인성, 연성 등의 기계적 특성이 특히 우수할 뿐만아니라, 그 이방성도 적다. 더구나, 입경이 2㎛ 이상인 강판과 비교하여 입자의 계면의 면적이 크기 때문에, 고체 용액인 C가 입자 계면에 대부분 트랩된다. 따라서, 인화 도장시에 이러한 고체 용액의 C가 입자내에 확산되어 전위를 고착시키기 때문에, 인화 경화량이 100 MPa 이상인 우수한 도장 인화 경화능을 구비할 수 있다. 따라서, 성형 가공시에도 용이하게 가공할 수 있는 한편, 이후의 도장 인화 등의 열 처리에 의해 고강도를 얻을 수 있기 때문에, 자동차용 강판 등으로 특히 적합하다.
그리고, 주상이 페라이트이고, 평균 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만인 열간 압연 강판의 중에서도, 평균의 페라이트 입자의 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경 ds(㎛)가 식 0.3〈dm/ds〈3을 만족시키는 강판은, 특히 결정 입경의 차이가 적기 때문에, 균일하게 변형하여 네킹(necking), 주름 발생, 표면 성형상의 불량이 발생하기 어렵다. 이 때문에, 가공성이 양호하고, 특히 홀 확장 가공과 같은 가공 방법에 매우 적당하다. 또한, 피로 특성, 파괴 인성도 매우 우수하다.
이상과 같은 특성을 구비한 본 발명에 따른 열간 압연 강판은, 연강판으로부터 자동차 구조물용 강판, 가공용 자동차 고장력용 강판, 가전용 강판, 구조물용 강판 등의 폭넓은 분야 및 용도의 강판에 적용하는 것이 가능하다(이하, 본 명세서에서 가공용 강판이란, 이들의 용도를 모두 포함하는 의미이다).
따라서, DP(Dual Phase)강이나 TRIP(Transformation induced Plasticity)강 등과 같은 제 2 상으로는 마텐사이트, 바인나이트, 잔류 오스테나이트, 퍼얼라이트 및 철형 페라이트중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 복합 조직 강판에 적용할 수 있고, 또한 페라이트 단일상 또는 제 2 상으로 소량의 퍼얼라이트 내지 세멘타이트를 함유하는 조직이 되는 강판으로 사용하는 것도 가능하다. 더욱, 황의 양을 0.002 중량% 이하로 감소시키고 홀 확장 특성 및 피로 균열의 성장 정지 특성을 향상시킴으로써 자용자용 휠의 강판으로서도 이용할 수 있다.
도 1에는 열간 압연 강판의 페라이트 평균입경과 기계적 성질과의 관계에 대하여 조사한 결과를 나타낸다. 이 조사는, C: 0.03 중량%, Si: 0.1 중량%, Mn: 0.2 중량%, P: 0.01 중량%, S: 0.003 중량%, Al: 0.04 중량%를 함유하는 조질의 강철 물질을 1100℃로 가열하고, 통상의 조건에서, 조질 물질을 압연시킨 후, 여러가지의 마무리 압연 조건에서 7개의 스탠드로 이루어진 마무리 압연 설비에 의해 압연 분쇄하여 수득된 여러가지의 페라이트 결정 입자로 구성된 열간 압연 강판에 대해서 수행된 것이다.
입경이 2㎛ 미만인 강판은, 마무리 압연시, 제 1 스탠드의 입구측의 강판 온도와 최종(제 7 의) 스탠드의 출구측의 온도차가 60℃ 이하였고, 입경 1㎛ 이하의 강판은 마찬가지로 온도 차이가 약 30℃ 이하였다. 또한, 양태비를 구하면, 상기 방법으로 수득된 입경 2㎛ 미만의 강판에 있어서는, 모두 1.5 미만이었다.
또한, 도면의 인화 경화량(BH량)은, 2%로 예비-스트레인한 후, 170℃로 20분간 가열하고, 이후에 다시 인장시험을 수행하여, 하중 상승분을 구하였다.
도 1로부터, 페라이트의 평균 결정 입경을 2㎛ 미만으로 함으로써, 2㎛ 이상의 강철과 비교하면 여러가지 특성이 각별히 향상하는 것을 알 수 있다. 이러한 경향은, 실험한 성분 조성의 강판 뿐만아니라, 다른 성분계의 강판에서도 마찬가지였다. 또한, 페라이트 평균 결정 입경을 1㎛ 이하로 함으로써, 여러가지 특성이 더욱 향상되었다. 따라서, 본 발명에 의해서도, 평균 페라이트입경이 2μ m미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만으로 한정된다. 또한, 평균 페라이트 입경이 2㎛ 미만인 경우에 있어서, 제 2 상의 입경을 조사한 바, 모두 dm/ds가 0.5 내지 2 미만인 범위였다.
본 발명의 페라이트를 주상으로 하는 강판은, 평균의 페라이트 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경 ds(㎛)가 식 0.3〈dm/ds〈3을 만족시켜 보다 바람직하다. 이것은 주상인 페라이트와 제 2 상의 결정에 있어서 결정 입경에 큰 차이가 발생하면, 기계적 특성이 열화하는 경향이 나타나기 때문이다. 이것은, 결정 입경의 차이가 큰 경우, 가공시 변형이 불균일하게 되기 때문이라고 생각된다. 발명자가 주상과 제 2 상의 결정 입경의 비의 바람직한 범위에 대하여 검토한 결과, 0.3 내지 3인 경우에 기계적 특성이 우수하고, 균일한 변형이 발생함을 밝혔다. 보다 바람직하게는 0.5〈dm/ds〈2의 범위이다.
또한, 본 발명의 강판은, 제 2 상에 있어서, 인접한 제 2 상 입자의 상호 간격이 해당 제 2 상의 결정 입자의 반경의 2배 미만이 되는 비율이 10% 미만이 되는 제 2 상을 함유하는 초미세 입자를 함유하는 것이 바람직하다. 발명자들은 제 2 상의 분포 상태에 대하여 여러가지 검토한 결과, 제 2 상이 밴드 형성 또는 선 형상으로 분포되어 있으면, 기계적 특성, 특히 신장 플랜지성에 있어서 충분한 개선를 얻을 수 없기 때문에, 제 2 상이 밀집되어 있지 않고, 제 2 상끼리가 비교적 고립하여 존재하여, 소위 섬 형상의 분포 형태가 바람직하다는 것을 발견하였다. 이와 같이 섬 형상으로 분포한 형태를 나타내는 평가 수단에 있어서, 제 2 상과 관련하여 인접한 제 2 상의 입자 상호의 간격을 해당 제 2 상의 결정 입자의 반경의 2배 미만인 비율이 10% 미만이면, 특성이 향상된다.
또, 제 2 상의 전체에 대한 체적율이 3 내지 30%인 범위가 바람직하다.
본 발명의 강판의 바람직한 성분 조성 범위는 다음과 같다:
C: 0.01 내지 0.3 중량%
C는 저렴한 강화 성분으로, 목적하는 강판 강도에 따라 필요량을 함유시킨다. C의 양은 0.01중량% 미만인 경우, 결정 입자는 조질의 것이 되어, 본 발명에서 목적하는 페라이트 입자의 평균 결정 입자 2㎛ 이하가 되는 것을 달성할 수 없고, 또한 0.3 중량%를 초과하도록 다량 첨가하면, 가공성이 열화될 뿐만 아니라 용접성이 열화되기 때문에, 0.01 내지 0.3 중량% 정도로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 페라이트 단일상 또는 제 2 상으로는 소량(10% 이하)의 퍼얼라이트 또는 세멘타이트을 함유하는 조직인 경우에는, C의 양은 0.01 내지 0.1 중량% 정도를 사용하는 것이 바람직하다.
Si: 3.0 중량% 이하
Si는 고체 용액의 강화 성분으로서 강도-신장 밸런스를 개선하면서 강도 상승에 효율적으로 기여하고, 또한 페라이트 변형을 억제하고, 목적하는 제 2 상 체적율을 갖는 조직을 수득하는데 있어서 효율적으로 작용하지만, 지나치게 첨가하면, 연성이나 표면 성형을 열화시키기 때문에 상한을 3.0 중량% 정도로 한다. 보다 바람직하게는, 0.05 내지 2.0 중량%의 범위이다. 또한, 페라이트 단일상 또는 제 2 상으로서 소량(10% 이하)의 세멘타이트 또는 퍼얼라이트를 함유하는 조직인 경우 Si는 1.0 중량% 이하가 바람직하다.
Mn: 3.0 중량% 이하
Mn은 Ar3전이점을 저하시키는 작용을 통하여 결정입자의 미세화에 기여하고, 또한 제 2 상인 마텐사이트화 및 잔류 오스테나이트화를 진전시키는 작용을 통하여, 강도-연성 밸런스, 강도-피로 강도, 연성 밸런스을 높이는 작용을 한다. 더욱, 유해한 고체 용액인 S을 MnS로서 무해화시키는 작용을 하지만, 너무 다량을 첨가하면 강철이 경화하여 오히려 강도-연성 밸런스를 열화시키기 때문에, 상한을 3.0 중량%로 한다. 제 2 상으로는 마텐사이트, 바인나이트, 퍼얼라이트, 잔류 오스테나이트 및 철형 페라이트중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조직이 되는 경우는, 이러한 조직을 수득하기 위해서 0.5 중량% 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.0 내지 2.0 중량%의 범위이다. 또한, 페라이트 단일상 또는 제 2 상으로 소량(10% 이하)의 세멘타이트 또는 퍼얼라이트을 함유하는 조직이 되는 경우에는 Mn은 2.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1.0 중량% 이상이 바람직하다.
P: 0.5 중량% 이하
P도 강철의 강화 성분으로서 유용하기 때문에 목적하는 강판 강도에 따라 첨가시킬 수 있지만, 과량으로 첨가하면 입자의 계면에서 석출되고, 취성 열화의 원인이 되기 ??문에 상한은 0.5 중량%로 한다. 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.2 중량%의 범위이다.
Ti, Nb, V, Mo는 탄화물 및/또는 질소화물을 형성하여 결정 입자를 미세화시키기 때문에, 2㎛ 이하인 초미세한 조직을 수득하는 발명에 있어서 유용한 성분이고, 또한 석출 강화에 의한 강도를 향상시키는 작용을 한다. 더구나, 이러한 발명에는 Ti, Nb, V 및 Mo중의 1종 또는 2종 이상을 필요에 의하여 첨가한다. 특히, Ti는 비교적 낮은 온도에서 탄화물 및/또는 질소화물을 성형하여 안정화되어 강판내에 존재하기 때문에, 저온의 슬라브 가열 온도에 있어서도 상기 작용이 용이하게 발휘된다. 본 발명에 있어서, 이들의 작용을 발휘시키기 위해서는, 0.01 중량% 이상을 함유되는 것이 바람직지만, 너무 다량으로 첨가하면 작용이 포화되는 것 이외에 비용이 상승하는 요인이 되기 때문에, 상한은 1.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 이하이다. 또한, 페라이트의 단일상 또는 제 2 상으로, 소량(10% 이하)의 세멘타나이트 또는 퍼얼라이트을 함유하는 조직인 경우에는, 이러한 성분이 0.3 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 이하인 것이 바람직하다.
Cr, Cu, Ni도 Mn과 동일한 양태에서 강화 성분으로는 필요에 의하여 함유될 수 있지만, 너무나 다량을 첨가하면 오히려 강도-연성 밸런스를 열화시키기 때문에 상한은 3.0 중량%이고, Ni 또는 Cr는 1.0 중량% 정도이다. 또한, 이러한 작용 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는 0.01 중량% 정도가 함유되는 것이 바람직하다.
Ca, REM, B는 황화물의 형상 제어나 입자 계면 강도의 상승을 통하여 가공성을 개선하는 효과가 있기 때문에, 필요에 의해서 함유할 수 있지만, 지나치게 첨가하면 청정성이나 재결정성에 악영향을 미치기 때문에, 50 ppm 정도 이하가 바람직하다. 또한, B에는 냉간 압연 강판이 연속 어닐링에 의해서 제조되는 경우 시효성을 격감시키는 효과도 있다.
본 발명의 강판은, 상기 바람직한 성분 범위로 Mn을 0.5 중량% 이상으로 함유하고 제 2 상이 마텐사이트, 바인나이트, 잔류 오스테나이트, 퍼얼라이트 및 철형 페라이트중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 복합 조직일 수 있다. 또한, 이것으로 제한하지 않고, 페라이트 단일상 또는 제 2 상으로서 소량의 퍼얼라이트 내지 세멘타이트를 함유하는 조직의 강판일 수 있다.
이하에서, 본 발명의 강판의 제조 방법에 대하여 기술한다.
소정의 성분 조성 범위로 조정한 용융 강철을, 연속 주조 또는 조괴-분괴 압연에 의해 압연 재료로 제조하고, 이 압연 재료에 열간 압연을 실시하며, 압연하는 경우에는 일단 냉각하고 1200℃ 이하로 재가열하는 것도 바람직하고, 또한 직송 압연이나 고온의 차지 로울링(hot charge rolling; HCR)이라도 상관없다. 또한, 슬라브 연속 주조법에 있어서, 연속 주조법에 의해 주조된 슬라브를 직접 열간 압연시키는 것을 적용할 수 있다. 재가열시키는 경우는 1200℃ 이하의 저온으로 가열하는 것이 결정 입자가 조질이 되지 않기 때문에 유리하다. 직송 압연의 경우에도, 1200℃ 이하까지 냉각시킨 후에 압연 개시하는 것이 압연중에 입자의 성장을 억제하는데 유리하다. 평균의 페라이트의 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경 ds(㎛)는 식 0.3〈dm/ds〈3을 만족시키 위해서는, 슬라브 가열 온도가 1150℃ 이하가 바람직하다. 또한 제 2 상을 섬 형상으로 분산시키는 것은 슬라브 가열 온도가 1100℃ 이하인 것이 바람직하다. 임의의 경우에도 하한은, 마무리 압연온도를 확보할 수 있으면 바람직하고, 현 상태에서는 900℃ 정도이다.
열간 압연은, 본 발명에서의 가장 중요한 점이다. 즉, 열간 압연은 동적 재결정 조건에서의 압연 분쇄를 5개 이상의 스탠드의 압연 분쇄 패쓰로 실행하여, 본 발명에서 소망한 펠라이트 평균 결정 입자의 입경이 2㎛ 미만이고, 양태비가 1.5 미만이고, 평균의 페라이트 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경의 ds(㎛)가 식 0.3〈dm/ds〈3을 만족시키는 초미세 입자를 함유하는 조직을 수득하기 위해 긴요하다.
이러한 동적 재결정 조건하에서의 압연 분쇄는, 예를 들어 마무리 압연중의 압연 재료의 온도 저하를 방지하면서 연속하는 5개 이상의 스탠드를 압연 분쇄하는 것이 유효하고, 이때 그 최초의 스탠드 입구측과 최종 스탠드의 출구측의 강판 온도의 차이가 60℃ 이하, 보다 바람직하게는 30℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 연속적인 5 스탠드는, 실시예에 압연을 수행하는 스탠드를 나타내고 예를 들면 개방형태로 압연 분쇄용이 아닌 스탠드를 사이에 두더라고 문제가 되지 않는다.
하부 스트림을 함유하는 마무리 압연에 있어서 동적 재결정 조건에서 압연을 수행하는 경우, 바람직한 양태비를 수득하기 위해서, 동적 재결정 조건의 압연 분쇄는, 최종 스탠드를 포함하는 것이 바라직하다. 또한, 용이하게 동적 재결정 조건의 압연 분쇄를 실현시키기 위해서 Ar3전이점 이상에서 압연 분쇄하는 것이 바람직하다.
동적 재결정 조건으로 압연 분쇄를 하는 각각의 스탠드의 압연 분쇄율은 크고 압연 분쇄되는 것은 불필요하며, 오히려 고 압연 분쇄되는 것은 결정 입자의 양태비를 열화시키 때문에 바람직하지 않다. 최대 20%인 것이 바람직하다. 또한, 압연 분쇄율의 하한은, 동적 재결정이 발생하지 않는 범위이기만 하면 특히 특별히 한정할 필요는 없지만 4% 이상이 바람직하다.
또한, 동적 재결정 조건이, 보다 고온인 경우, 압연의 조질의 하부스트립으로부터 마무리 압연의 상부스트림에 걸쳐서 동적 재결정 조건의 압연을 수행하는 것이 좋다. 바람직한 압연 조건은, 마무리 압연 하부스트림을 포함하는 경우에도 동일하다.
이상과 같은 마무리 압연은, 통상의 마무리 압연 설비에 있어서도 압연하는 경우의 강판 및 설비의 냉각을 극도로 격감시키는 것으로 실시할 수 있지만, 마무리 압연 스탠드 사이에 가열 수단을 설치하여, 피압연 재료 또는 롤을 가열하여 마무리 압연중의 강판의 온도 저하를 보다 간단하게 방지할 수 있다.
도 2는 이러한 가열 수단의 예를 나타낸다. 도 2의 (a)에 나타낸 예는 고주파수 가열장치로서, 강판에 교반 자기장을 인가함으로써 유도 전류을 발생시켜 강판을 가열시키는 것이다. 이러한 발명의 가열 수단은, 도 2의 (a)의 고주파수 가열 장치로 제한되는 것이 아니며, 도 2의 (b)에 의한 전열 히타 가열(롤을 가열시키는 것을 예시함)으로도 가능하며, 또한 직접 통전가열 히터를 사용해도 좋다.
또한, 열간 압연시에 있어서는, 윤활제를 첨가하여 압연 분쇄를 수행하는 것이 좋은 것은 말할 것도 없다.
상기에 의한 마무리 압연을 거친 강판은, 감아서 코일이 되도록 한다. 감는 온도나 감은 후의 냉각 속도는 특별히 제한되지는 않지만, 제조하고자 하는 강판에 따라서 적절히 결정한다. DP강, TRIP 강과 같은 복합 조직 강판의 경우는, 냉각 곡선상의 페라이트 영역의 노이즈 영역을 지나, 마텐사이트나 바인나이트 영역에서 급냉하여, 감아취하는 조건으로 목적하는 복합 조직을 수득할 수 있고, 페라이트 단일상 또는 제 2 상인 소량의 퍼얼라이트 또는 마텐사이트를 함유하는 조직으로 구성된 강판은, 냉각 곡석이 제 2 상이 형성되는 영역을 통과하지 않도록 강판을 압연시키고 냉각시키고 코일로 감는 과정을 통해 제조될 수 있다. 또한, 인접한 제 2 상의 입자 상호간의 간격이 해당 제 2 상의 결정 입자 반경의 2배 미만이 되는 비율이 10% 미만이고, 섬 형상으로 분포하는 제 2 상을 함유하는 조직은, 슬라브 가열 온도을 1100℃ 이하로 하고, 마무리 압연 직후에 냉각을 수행하여 수득되며, 이때 30℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
또한, 마무리 압연 후, 즉시 냉각시키는 것은, 결정 입자가 조질화되는 것을 방지하기 때문에, 초미세 입자를 포함하는 본 발명의 강판을 수득하기 위해서, 보다 바람직하다. 바람직한 급냉조건은 압연 후 0.5 초 이내에 30℃/s의 이상으로 냉각하는 것이다.
본 발명의 페라이트 입경, 양태비를 만족시키는 강판은, 열간 압연 강판으로서 여러가지의 용도에 이용될 수 있으며, 냉간 압연 강판용 모재로서 사용될 수 있다. 결정 입자가 미세하고, 더구나 균질하기 때문에, 특히 가공용 냉간 압연 강판 등으로 바람직하고, 바람직한 r값의 강판이 수득될 수 있다.
이러한 가공용 냉간 압연 강판을 제조하는 것은, 압연 분쇄율이 50 내지 90%인 냉간 압연을 수행하고, 600 내지 Ac3전이점으로 어닐링을 실행함을 포함한다. 압연 분쇄율이 50% 미만이면, 바람직한 가공성이 수득되지 않고, 90%을 초과하도록 압연 분쇄하는 것은 특성을 포화시킨다. 어닐링 온도가 600℃ 미만이거나 Ac3전이점을 초과하는 경우에는, 바람직한 가공성이 수득되지 않는다.
어닐링 후에 급냉하여 과시효(overaging) 처리를 수행하는 것이 좋다. 또한, 연속 어닐링 뿐만 아니라 코일로 감아 박스 어닐링하는 것도 좋다.
실시예 1
표 1에 나타난 성분 조성이 되는 강판 재료에, 표 2에 표시된 각각의 조건으로 가열, 열간 압연을 수행하여 열간 압연 강판을 수득하였다. 각각의 강판은, 마무리 압연 후에 0.3 초 이내로 50℃/s로 냉각을 개시하였다. 또한, 강철 B에 있어서는 윤활 압연을 실시하였다. 이러한 강판의 기계적 특성에 대한 결과를 표 3에 제시하였다. 또한, 이러한 열간 압연 강판을 모재로 하여 표 4에서 제시한 냉각 압연 분쇄율 및 어닐링 온도로 냉간 압연 및 어닐링을 수행하여 냉간 압연 강판을 수득하였다. 이러한 냉간 압연 강판의 기계적 특정을 표 4에 제시하였다. 또한, 본 발명의 열간 압연 강판은 모두 40㎏f/㎟ 이상의 인장 강도를 나타내었다. 표 3으로부터 명백히 알 수 있는 것은, 본 발명에 따른, 평균 페라이트 입경이 2㎛ 미만인 본 발명의 강철은, 비교예의 강철과 비교해서 강도-신도 밸런스, 내구성 및 인성이 우수하고, 또한 이방성이 적어서 우수한 BH 량을 나타낸다는 것이다.
실시예 2
C: 0.06 중량%, Si: 0.9 중량%, Mn: 1.3 중량%, P: 0.01 중량% 및S: 0.0008 내지 0.006 중량%의 범위로 변화시킨 시료를 사용하고, 평균 결정의 입경이 7㎛(6.0 내지 8.0㎛)인 강판과 2㎛ 미만(02.7 내지 1.0㎛)인 열간 압연 강판을 제작하였다. 또한, 이러한 강판의 제 2 상으로는 페라이트가 생성되고, 퍼얼라이트와 페라이트와의 평균 결정 입경의 비는, 평균 결정 입경이 2㎛ 미만인 경우에는 0.5 내지 2.0이었고, 평균 결정 입경이 7㎜인 경우에는 0.1 내지 4이었다. 평균 결정 입경이 2㎛ 미만인 열간 압연 강판은, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 것이고, 슬라브 가열 온도 등을 조절하여 제 2 상의 입자의 분포가, 인접한 제 2 상의 입자 상호간의 간격이 제 2 상의 결정 입자 반경의 2배 미만이 되는 비율이 10% 미만인 그룹과 10 내지 30%인 그룹을 수득하였다. 이러한 강판은 그다음, 도 3에 예시하는 바와 같이 강판을 20㎜φ직경(d0)으로 블랭킹 한 후, 원추형 펀치(꼭지각 60。)로 뚫어, 강판에 트랩이 발생할 때까지의 홀 확대율((d-d0)/d0)을 측정하였다.
이 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4의 곡선 A는 페라이트의 평균 결정 입경이 2㎛ 미만이고, 양태비가 1.3이고, dm/ds가 1.8이고, 인접한 제 2 상의 입경 상호간의 간격이 해당 제 2 상의 결정 입자의 반경의 2 배 미만인 비율이 10% 이하(평균 8%)인 그룹을 제시하고 있다. 또한, 곡선 B는 페라이트 결정 입경이 2㎛ 미만이고, 양태비가 1.3이고, dm/ds가 1.8이고, 인접한 제 2 상의 입자의 상호간의 간격이 해당 제 2 상의 결정 입자의 반경의 2배 미만이 되는 비율이 10 내지 30%(평균 23%)인 그룹을 제시하고 있다. 또한, 곡선 C는 페라이트의 평균 결정 입경이 7㎛이고, 양태비가 2.5의 그룹을 예시하고 있다. 곡선 A 및 곡선 B로 예시되는 그룹이 본 발명의 열간 압연 강판이고, 곡선 C로 표시되는 그룹은 비교예의 열간 압연 강판이다.
도 4로부터, 본 발명에 따르는 열간 압연 강판은 양호한 홀 확대율이 수득되었고, 특히 S의 양을 0.002 중량% 이하로 경감하는 경우에는 우수한 특성이 수득되었음을 알 수 있었다. 또한, 제 2 상이 섬 형상으로 분포됨으로써 홀 확대율이 다시 향상되었다. 따라서, 본 발명에 따른 열간 압연 강판은, 자용차의 휠 및 홀 확대성이 요구되는 용도에서 바람직하다.
실시예 3
표 5에 예시된 성분의 조성이 되는 강철 재료에, 표 6에 예시된 각각의 조건으로 가열, 열간 압연을 수행하여 열간 압연 강판을 수득하였다. 여기에, 동적 재결정영역 압연은, 조질의 압연후의 하부 스트림으로부터 마무리 압연의 상부 스트림에 걸쳐서 시행하였다. 각각의 강판은, 마무리 압연 후, 0.3 초 이내에 50℃/s로 냉각을 개시하였다. 또한, 강철 C(번호 6, 7)에 있어서는, 윤활 압연을 시행하였다. 이러한 강판의 기계적 특성에 대한 수득된 결과를 표 7에 제시하였다. 또한, 강철 B(번호 4, 5) 및 강철 D(번호 8, 9)의 수득된 열간 압연 강판을 모재로 하고, 냉간 압연 분쇄율 75%, 어닐링 온도 750℃로 하여 냉간 압연 및 어닐링을 시행하여 냉간 압연 강판을 수득하였다. 이러한 냉간 압연 강판의 기계적 특성을 표 7에 기재하였다. 또한, 번호 8(강철 D)에서는 1000℃로 가열하고, 800℃에서 압연 분쇄율 90%로 압연 분쇄를 시행한 후, 방냉하였다. 이러한 강철에 있어서, 제 2 상의 체적율은 3 내지 30%였다. 표 7로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 평균 페라이트 입경이 2㎛ 미만인 본 발명의 강철은, 비교예의 강철과 비교하면, 강도-신도 밸런스가 우수하고, 특히 주상의 평균 입경과 제 2 상의 평균 입경과의 비 dm/ds를 0.3 내지 3으로 제어시킨 강철로서, 또한 내구성, 인성도 우수하고, 이방성도 작아서 우수한 BH량을 갖는다.
본 발명은 최종 페라이트의 입경이 2㎛ 미만인 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판 또는 냉간 압연 강판의 모재에 관한 것으로, 양호한 기계적 성질을 갖추거나 기계적 성질의 이방성이 적고, 더구나 일반 고온 스트립 밀을 사용하여 용이하게 실시가능하므로 그 산업적 의의가 크다.

Claims (10)

  1. 페라이트을 주상으로 하는 열간 압연 강판에 있어서, 평균 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트의 입경의 양태비가 1.5 미만인 것을 특징으로 하는 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판.
  2. 페라이트를 주상으로 하는 열간 압연 강판에 있어서, 평균 페라이트의 입경이 2㎛ 미만이고 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만이고, 평균 페라이트의 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경 ds(㎛)가 식 0.3〈dm/ds〈3을 만족시키는 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판.
  3. 페라이트를 주상으로 하는 열간 압연 강판에 있어서, 평균 페라이트 입경이 2㎛ 미만이고, 페라이트 입자의 양태비가 1.5 미만이고, 평균 페라이트의 입경 dm(㎛)과 제 2 상의 평균 결정 입경 ds(㎛)가 식 0.3〈dm/ds〈3을 만족시키는 초미세 입자를 함유하고, 인접한 제 2 상의 입자 상호간의 간격이 해당 제 2 상의 결정 입자의 반경의 2배 미만인 비율이 10% 미만이 되는 제 2 상을 함유하는 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    C: 0.01 내지 0.3 중량%, Si: 3.0 중량% 이하, Mn: 3.0 중량% 이하, P: 0.5 중량% 이하를 함유하고, 또한, Ti: 0 내지 1.0 중량%, Nb: 0 내지 1.0 중량%, V: 0 내지 1.0 중량%, Cr: 0 내지 1.0 중량%, Cu: 0 내지 3.0 중량%, Mo: 0 내지 1.0 중량%, Ni: 0 내지 1.0 중량%중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, Ca, REM, B중 1종 또는 2종 이상을 총 0 내지 0.005 중량%으로 함유하고, 나머지는 실질적으로 철 성분인 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    C: 0.01 내지 0.3 중량%, Si: 3.0 중량% 이하, Mn: 0.5 내지 3.0 중량%, P: 0.5 중량% 이하를 함유하고, 또한, Ti: 0 내지 1.0 중량%, Nb: 0 내지 1.0 중량%, V: 0 내지 1.0 중량%, Cr: 0 내지 1.0 중량%, Cu: 0 내지 3.0 중량%, Mo: 0 내지 1.0 중량%, Ni: 0 내지 1.0 중량%중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, Ca, REM, B중 1종 또는 2종 이상을 총 0 내지 0.005 중량%를 함유하고, 나머지는 실질적으로 철의 성분이고, 제 2 상으로는 마텐사이트, 바인나이트, 잔류 오스테나이트, 퍼얼라이트 및 철형 페라이트의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조직인 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    어닐링 경화량이 100 Mpa 이상인 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판.
  7. 열간 압연 강판용 재료를 용융시키고, 즉시 또는 일단 냉각한 후, 1200℃ 이하로 가열하고, 열간 압연을 시행하며, 이때 동적 재결정 조건에서의 압연 분쇄를 5개 이상의 스탠드의 압연 분쇄 패스로 수행함을 특징으로 하는 초미세 입자를 함유하는 가공용 열간 압연 강판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    마무리 압연 설비의 롤 스탠드(roll stand) 사이에 설치되어 있는 가열 수단에 의해 롤 또는 강판을 가열시키는 열간 압연 강판의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 기재되어 있는 조직 및 조성을 갖는 초미세 입자를 함유하는 냉간 압연 강판용 모재.
  10. 제 9 항에 따른 냉간 압연 강판용 모재를, 압연 분쇄율 50 내지 90%로 냉간 압연시키고, 그다음 600℃ 내지 Ac3전이점으로의 어닐링을 실행하는 냉간 압연 강판의 제조 방법.
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