KR20070050108A

KR20070050108A - 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 박강판및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20070050108A
Application number: KR1020077009825A
Authority: KR
Inventors: 리끼 오까모또; 히로까즈 다니구찌
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2007-05-14
Also published as: KR100756114B1; CA2511666A1; AU2003296089A1; US7780797B2; EP1595965A4; KR20050085892A; WO2004059024A1; DE60324333D1; EP1595965B1; US20060113012A1; EP1595965A1; CA2511666C

Abstract

590 N/㎟ 이상의 인장 강도를 갖고, 연성과 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판을 제공하는 것으로, 질량 ％ C : 0.02 이상 0.08 ％ 이하, Si : 0.50 ％ 이하, Mn : 0.50 이상, 3.50 ％ 이하, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.15 이상, 2.0 ％ 이하를 함유하고, 잔량부 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성이며, Mn ＋ 0.5 × Al ＜ 4의 식을 충족시키고, 강판의 금속 조직이 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 비율이 40 ％ 이상이고, 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판이다.

고강도 열연 강판, 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 인장 강도

Description

구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 박강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH THIN STEEL SHEET EXCELLENT IN HOLE EXPANSIBILITY, DUCTILITY AND CHEMICAL TREATMENT CHARACTERISTICS, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

도1은 Al, Mn과 화성 처리의 관계를 나타내는 도면.

도2는 2 ㎛ 이상의 페라이트분률과 연성의 관계를 나타내는 도면.

도3은 연성과 강도의 관계를 나타내는 도면.

본 발명은 주로 프레스 가공되는 자동차 타이어 주변 부품 등을 대상으로 하고, 0.6 내지 6.0 ㎜ 정도의 판두께로, 590 N/㎟ 이상의 강도를 갖는 구멍 확장성, 연성 및 화성(化成) 처리성이 우수한 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차의 환경 문제를 계기로 연비 개선 대책으로서의 차체 경량화, 부품의 일체 성형화, 가공 공정의 합리화에 의한 비용 절감의 필요성이 강해지고, 프레스 가공성이 우수한 고강도 열연 강판의 개발이 진행되어 왔다. 종래, 이러한 높은 가공성을 갖는 고강도 열연 강판으로서는 페라이트 마르텐사이트 조직, 페라 이트 베이나이트 조직으로 이루어지는 혼합 조직의 것, 혹은 베이나이트, 페라이트 주체의 대략 단상 조직의 것이 널리 알려져 있다.

그중에서도, 페라이트 ＋ 마르텐사이트 조직에 있어서는, 연성이 높고, 피로 특성이 우수한 특성을 가지므로, 자동차 휠 등에의 적용이 진행되고 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 평6-33140호 공보에는 페라이트 ＋ 마르텐사이트 조직에 있어서 Al과 N의 첨가량을 조정함으로써, 고체 용융 N을 잔존시켜 높은 시효 경화성을 얻음으로써, 보다 피로 강도가 높은 페라이트 ＋ 마르텐사이트강에 대해 개시되어 있지만, 페라이트 마르텐사이트 조직에 있어서는 변형 초기부터 마르텐사이트의 주위에 미크로 보이드가 발생하여 균열을 생기게 하므로 구멍 확장성이 떨어지는 문제가 있어, 타이어 주변 부품 등의 높은 구멍 확장성이 요구되는 용도로는 부적합하였다.

또한, 일본 특허 공개 평4-88125호 공보, 일본 특허 공개 평3-180426호 공보에는 베이나이트를 주체로 한 조직을 갖는 강판이 개시되어 있지만, 베이나이트를 주체로 한 조직이므로 구멍 확장성은 우수하지만, 연질은 페라이트상이 적으므로 연성이 떨어진다. 또한, 일본 특허 공개 평6-172924호 공보, 일본 특허 공개 평7-11382호 공보에서는 페라이트를 주체로 한 조직을 갖는 강판이 개시되어 있지만, 마찬가지로 구멍 확장성은 우수하지만, 강도를 확보하기 위해 연질의 탄화물을 석출시키고 있으므로 연성이 떨어진다.

또한, 일본 특허 공개 평6-200351호 공보에는 페라이트 베이나이트 조직을 갖는 구멍 확장성, 연성이 우수한 강판이 개시되어 있고, 일본 특허 공개 평6- 293910호 공보에는 2단 냉각을 이용함으로써 페라이트 점유율을 제어함으로써 구멍 확장성 및 연성이 양립하는 강판의 제조 방법이 개시되어 있다. 그러나, 자동차의 한층 경량화, 부품의 복잡화 등을 배경으로 더욱 높은 구멍 확장성 및 연성이 요구되고, 최근 고강도 열연 강판에는 상기한 기술로는 전혀 대응할 수 없는 고도의 가공성이 요구되고 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2002-180190호 공보에는 구멍 확장성 및 연성이 우수한 고농도 열연 강판에 관한 발명이 개시되어 있다. 구멍 확장성 및 연성이 상반된 특성이 우수한 고강도 열연 강판을 얻을 수 있지만, 열연 공정에서 Si 스케일이라 불리우는 표면의 요철 흠집이 발생하는 경우가 있어, 제품에서의 외관이 손상되는 경우가 생겼다. 또한, 타이어 주변 부품 등의 고강도 열연 강판은 통상 프레스 성형된 후에 화성 처리와 도포 장착이 실시된다. 그러나, 화성 피막의 생성이 좋지 않은(화성 처리성이 나쁜) 케이스나, 도포 장착 후의 도포막의 밀착이 나쁜 케이스 등의 문제가 생기는 경우가 있었다. 이들 문제는 강 중 다량의 Si 함유가 원인으로 생각되고 있다. 이와 같이, 고강도 열연 강판에는 Si가 잘 사용되지만, 각종 트러블이 생기고 있다.

또한, 일본 특허 공개 평6-128688호 공보에서는, 페라이트 ＋ 마르텐사이트 조직의 페라이트상의 경도를 조정함으로써 내구비(耐久比)를 향상시키고, 연성과 피로 강도를 양립시키는 기술에 대해 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 평2000-319756호 공보에서는, 페라이트 ＋ 마르텐사이트 조직에 Cu를 첨가함으로써 높은 연성을 유지하면서 비약적으로 피로 특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있지 만, 모두 열연 공정에서 충분한 페라이트를 확보하기 위해 Si 첨가량이 높아지므로, 열연 공정에서 Si 스케일이라 불리우는 표면의 요철 흠집이 발생하는 경우가 있어, 제품에서의 외관이 손상되는 경우가 발생하였다. 또한, 타이어 주변 부품 등의 고강도 열연 강판은 통상 프레스 성형한 후에 화성 처리와 도포 장착이 실시된다. 그러나, 화성 피막의 생성이 좋지 않은(화성 처리성이 나쁜) 케이스나, 도포 장착 후의 도포막의 밀착이 나쁜 케이스 등의 문제가 생기는 경우가 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 인장 강도가 590 N/㎟ 이상의 고강도화에 수반하는 연성의 저하를 방지하고, 또한 Si 스케일의 발생을 방지함으로써 연성이 우수한 고강도 열연 강판에 있어서 화성 처리성을 매우 향상시키는 것이다.

즉, 본 발명은 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판 및 그 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 질량 ％ C : 0.02 이상, 0.08 ％ 이하, Si : 0.50 ％ 이하, Mn : 0.50 이상, 3.50 ％ 이하, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.15 이상, 2.0 ％ 이하를 함유하고, 잔량부 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성이며, 하기의 수학식을 충족시키고, 상기 강판의 금속 조직이 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 비율이 40 ％ 이상이고, 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 구멍 확 장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판.

[수학식 1]

Mn ＋ 0.5 × Al ＜ 4

(2) 질량 ％ 또한 Ti : 0.003 ％ 이상, 0.20 ％ 이하, Nb : 0.003 ％ 이상, 0.04 ％ 이하, V : 0.003 ％ 이상, 0.20 ％ 이하, Ca : 0.0005 내지 0.01 ％, Zr : 0.0005 내지 0.01 ％, REM : 0.0005 내지 0.05 ％, Mg : 0.0005 내지 0.01 ％ 중 1 종류 또는 2 종류 이상을 함유하는 (1)에 기재된 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판.

(3) 또한,

[수학식 2]

0.3 × Al ＋ Si － 2 × Mn ≥ －4를 충족시키고, 금속 조직이 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트와 마르텐사이트의 2상 조직인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판.

(4) 또한 금속 조직이 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트와 베이나이트의 2상 조직인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판.

(5) (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 강 조성으로 이루어지는 주조편을 압연 종료 온도를 Ar₃점 이상으로 하여 열간 압연을 종료한 후 20 ℃/초 이상의 냉 각 속도로 650 ℃ 이상, 750 ℃ 이하로까지 냉각하고, 계속해서 2초 이상, 15초 이하 공냉한 후, 다시 재차 냉각하여 300 ℃ 미만의 온도에서 권취하는 것을 특징으로 하는 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판의 제조 방법.

(6) (1), (2), (4) 중 어느 한 항에 기재된 강 조성으로 이루어지는 주조편을, 압연 종료 온도를 Ar₃점 이상으로 하여 열간 압연을 종료한 후 20 ℃/초 이상의 냉각 속도로 650 ℃ 내지 800 ℃까지 냉각하고, 계속해서 2 내지 15초 공냉한 후, 다시 20 ℃/초 이상의 냉각 속도로 350 내지 600 ℃로 냉각하여 권취하는 것을 특징으로 하는 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판의 제조 방법.

종래의 페라이트 ＋ 마르텐사이트강에서는 연성을 확보하기 위해 충분한 페라이트 조직분률을 확보할 필요가 있어, 높은 Si 첨가가 필수였다. 그러나, Si 첨가량이 높아지면 Si 스케일이라 불리우는 표면의 요철 흠집이 발생하는 경우가 있어, 제품에서의 외관이 손상되어 화성 처리성이 열화되는 것이 알려져 있다. 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 한 결과, 페라이트 ＋ 마르텐사이트강에 있어서 페라이트분률을 충분히 얻기 위해 Al 첨가가 유효한 것을 발견하고, Mn과 Al, Si 성분을 조정하고, 또한 페라이트 결정 입자를 가능한 한 일정치 이상의 입경으로 함으로써 낮은 Si 첨가에 있어서도 충분한 구멍 확장성과 연성을 얻게 되는 것을 깨닫고, 또한 Al과 Mn을 조정함으로써 화성 처리성의 열화를 억제 할 수 있는 것을 깨달아 본 발명을 완성하는 데 이르렀다. 즉, 강판의 특정한 금속 조직을 저C-저Si-고Al 성분계에서 Mn과 Al, Si가 특정한 관계에서 얻음으로써, 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성의 양립하는 고강도 열연 강판을 얻을 수 있는 것을 본 발명자들은 새롭게 발견한 것이다. 또한 그 공업적으로 유리한 제조 방법을 발견한 것이다.

또한, 본 발명은 페라이트 베이나이트가 실질적인 2상 조직강에 있어서 연성을 높이는 페라이트와 강도를 확보하는 TiC, NbC, VC로 이루어지는 석출물에 착안하여 페라이트 입자를 충분히 성장시킴으로써 구멍 확장성을 저하시키지 않고 연성을 개선하고, 그 후에 석출물을 생성시켜 강도를 확보함으로써 상기 과제를 해결한 것이다. 즉, 저C-저Si-고Al-(Ti, Nb, V) 성분계에서 Mn과 Al이 특정한 관계를 기초로 본 발명 강판의 특정한 금속 조직을 얻음으로써, 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성의 3가지 특성을 동시에 만족하는 고강도 열연 강판을 얻을 수 있는 것을 본 발명자들은 새롭게 발견한 것이다. 또는 그 공업적으로 유리한 제조 방법을 발견한 것이다. 또, (Ti, Nb, V)라 함은, Ti, Nb, V의 1 종류 또는 2 종류 이상의 특정량의 함유를 의미한다.

이하, 강 조성의 각 원소의 규정 이유에 대해 설명한다.

C는 0.02 ％ 이상, 0.08 ％ 이하로 한다. C는 마르텐사이트상을 강화하여 강도를 확보하는 데 필요한 원소이며, 0.02 ％ 미만에서는 원하는 강도를 확보하는 것이 곤란해진다. 한편, 0.08 ％를 초과하면 연성의 저하가 커지므로 0.02 ％ 이상, 0.08 ％ 이하로 한다.

Si는 유해한 탄화물의 생성을 억제하여 페라이트 조직 주체 ＋ 잔여 마르텐사이트의 복합 조직을 얻으므로 중요한 원소이지만, 화성 처리성을 악화시키고, 또한 Si 스케일도 발생하므로 0.5 ％를 상한으로 한다. 0.25 ％ 초과에서는 열연 강판의 제조시에 상기한 금속 조직을 얻기 위한 온도 관리가 엄격한 경우가 있으므로, Si 함유량은 0.25 ％ 이하가 더욱 바람직하다.

Mn은 강도의 확보에 필요한 원소이고, 이를 위해서는 0.50 ％ 이상의 첨가를 필요로 한다. 그러나, 3.5 ％를 초과하여 다량으로 첨가하면 미크로 편석, 매크로 편석이 일어나기 쉬워져 구멍 확장성을 열화시키는 것 외에, 화성 처리성의 열화도 볼 수 있으므로, 연성을 열화시키지 않고 화성 처리성을 확보하기 위해서는 Mn의 범위를 0.50 ％ 이상, 3.50 ％ 이하로 할 필요가 있다.

P는 페라이트에 고체 용융하여 그 연성을 저하시키므로, 그 함유량은 0.03 ％ 이하로 한다. 또한, S는 MnS를 형성하여 파괴의 기점으로서 작용하여 현저히 구멍 확장성 및 연성을 저하시키므로 0.01 ％ 이하로 한다.

Al은 본 발명에 있어서 중요한 원소 중 하나로, 연성과 화성 처리성의 양립에 필요한 원소이고, 이로 인해 0.15 ％ 이상의 첨가를 필요로 한다. Al은 종래부터 열연 강판에 있어서 탈산에 필요한 원소이고, 통상 0.01 내지 0.07 ％ 정도 첨가해 왔다. 본 발명자들은 저C-저Si계에서 Al을 현저히 다량으로 함유시킨 강 조성을 베이스로 금속 조직이 다른 고강도 열연 강판으로 각종 실험을 행하여 본 발명에 이른 것이다. 즉, Al이 0.15 ％ 이상이고, 상기한 금속 조직을 형성함으로써 화성 처리성을 손상시키는 일 없이, 연성을 대폭으로 향상시킬 수 있는 것을 발견 하였다. Al은 2.0 ％에서 연성 향상 효과가 포화될 뿐만 아니라, 2.0 ％ 초과의 첨가로서는 연성과 화성 처리성의 양립이 반대로 곤란해지므로 0.15 ％ 이상, 2.0 ％ 이하로 한다.

연성과 화성 처리성의 양립에는 Mn과 Al의 관계의 규정도 중요하다. 이유는 불분명하지만, Si 0.5 ％ 이하의 조건에 있어서 도1에 나타낸 바와 같이,

[수학식 1]

Mn ＋ 0.5 × Al ＜ 4

의 조건의 경우, 화성 처리성이 손상되지 않는 것을 본 발명자들은 새롭게 발견하였다.

열연 강판은 ROT 냉각이 매우 짧은 시간에 조직 제어를 완료해야만 한다. 지금까지, 냉각 중 조직 제어는 Si 첨가량을 증가시킴으로써 조정하였지만, Si 첨가량이 증대하면 화성 처리성의 열화를 초래하게 되는 과제가 있고, 화성 처리성이 필요한 강 종류의 연성의 열화는 피할 수 없었다. 그래서, 연성을 열화시키는 일없이, 화성 처리성을 개선할 수 있는 방법에 대해 본 발명자들은 예의 검토하여, Si와 동일하게 페라이트 포머의 원소로 화성 처리성의 열화를 일으키는 일이 없고, 또한 다른 재질 열화를 일으키지 않는 원소로서 Al을 발견하였다. 또한, 지금까지 명확하지 않았던 저Si-고Al 첨가에 있어서의 단시간에서의 조직 제어에 대해 검토를 거듭함으로써, 특히 0.15 ％ 이상의 고Al 첨가 영역의 저Si-고Al 영역에 있어서는 Si, Al, Mn 첨가를 고려하지 않고서는 단시간에서의 조직 제어가 곤란한 것을 발견하고, 각각의 효과를 명확화함으로써 수학식 (2)의 우변을 얻는 데 이르고, 이 값이 －4 이상일 때, 열연 ROT와 같은 단시간의 처리에 의해서도 충분한 페라이트상을 확보할 수 있어 높은 연성을 얻을 수 있다. 한편, 이 값이 －4 미만일 때, 페라이트상은 충분히 성장할 수 없어 연성의 열화를 일으킨다. 이에 의해, 수학식 (2)의 조건을 얻는 데 이르렀다.

[수학식 2]

0.3 × Al ＋ Si － 2 × Mn ≥ －4

Ti, Nb, V는 TiC, NbC, VC 등의 미세한 탄화물을 석출시켜 고강도를 가능하게 한다. 이 목적을 위해서는 Ti를 0.003 이상, 0.20 ％ 이하, Nb를 0.003 ％ 이상, 0.04 ％ 이하, V를 0.003 ％ 이상, 0.20 ％ 이하 중 1 종류 또는 2 종류 이상을 첨가하는 것이 필요하다. Ti, Nb, V 모두 0.003 ％ 미만에서는 석출 강화에 의한 강도 상승을 얻는 것에 곤란하고, Ti가 0.20 ％, Nb가 0.04 ％, V가 0.20 ％를 초과하면 석출물이 지나치게 다량으로 생성되어 연성이 열화되기 때문이다. 또한, Ti, Nb, V는 석출물을 더욱 유효하게 활용하기 위해서는, Ti 0.020 ％ 이상, Nb 0.010 ％ 이상, V 0.030 ％ 이상의 함유가 바람직하다.

Ca, Zr, REM은 황화물계 개재물의 형태를 제어하여 구멍 확장성의 향상에 유효한 원소이다. 이 형태 제어 효과를 유효하게 하기 위해서는 Ca, Zr, REM의 1 종류 또는 2 종류를 0.0005 ％ 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 다량의 첨가는 황화물계 개재물의 조대화를 초래하고, 청정도를 악화시켜 본 발명의 저C-저Si-고Al 성분계라도 연성을 저하시킬 뿐만 아니라, 비용의 상승을 초래하므로, Ca와 Zr의 상한을 0.01 ％로 하고, REM의 상한을 0.05 ％로 한다. 또, REM으로서는, 예를 들어 원소 번호 21, 39, 57 내지 71의 원소이다.

불가피 불순물로서는, 예를 들어 N ≤ 0.01 ％, Cu ≤ 0.3 ％, Ni ≤ 0.3 ％, Cr ≤ 0.3 ％, Mo ≤ 0.3 ％, Co ≤ 0.05 ％, Zn ≤ 0.05 ％, Na ≤ 0.02 ％, K ≤ 0.02 ％, B ≤ 0.0005 ％ 함유하고 있어도 본 발명을 일탈하는 것은 아니다.

페라이트 입경의 크기는 본 발명에 있어서 가장 중요한 지표 중 하나이다. 본 발명들은 예의 연구한 결과, 입경이 2 ㎛ 이상인 페라이트가 차지하는 면적률이 40 ％ 이상으로 하면 연성이 우수한 강판이 되는 것도 발견하였다. 도2에 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트가 차지하는 비율과 신장의 관계를 나타내지만, 입경이 2 ㎛ 이상의 페라이트 입자의 비율이 40 ％ 이상이 되면 강판은 높은 연성을 나타낸다.

이는 입경이 2 ㎛ 미만인 경우에는 각각의 결정 입자가 충분히 회복 및 성장하지 않아 연성 저하의 원인이 되었다고 생각된다. 이것보다 구멍 확장성, 연성을 양호하게 하여 양립시키기 위해서는, 입경이 2 ㎛ 이상인 페라이트 입자의 비율을 40 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 또, 보다 현저한 효과를 얻기 위해서는 입경이 3 ㎛ 이상의 페라이트 입자의 비율을 40 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 입경은 각 입자의 면적을 원 상당 직경으로 환산하여 구할 수 있다.

고강도 열연 강판에 있어서의 금속 조직은 페라이트와 마르텐사이트로 이루어지는 것으로 한다. 여기서, 강 조직에는 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트가 40 ％ 이상 포함되므로, 금속 조직은 페라이트 40 ％ 이상의 페라이트 ＋ 마르텐사이트 2상 조직이 된다. 예를 들어, 본 발명의 금속 조직으로서는, 2 ㎛ 이상의 입경의 페라이트가 40 ％ 이상이고, 잔량부가 2 ㎛ 미만인 입경의 페라이트와 마르텐사이트인 것, 또는 2 ㎛ 이상의 입경의 페라이트가 40 ％ 이상으로 잔량부가 마르텐사이트만인 것으로 할 수 있다. 이와 같이 마르텐사이트를 60 ％ 이하로 하는 것은, 마르텐사이트의 양이 이보다 많아지면 연성의 저하가 현저히 커지기 때문이다. 단, 잔류 오스테나이트가 통상의 X선 회절 강도로 측정한 경우에 1 ％ 정도 함유되어 있어도 본 발명의 페라이트 ＋ 마르텐사이트 2상 조직을 일탈하는 것은 아니다. 또한, 열연 강판의 표면 근방에 매우 얇은(예를 들어 0.1 내지 0.3 ㎜ 정도) 탄소 등의 강 조성이 약간 저하된 영역이 일부 존재하여, 금속 조직이 약간 달라도 열연 강판의 판두께 방향의 대부분이 상기의 페라이트 ＋ 마르텐사이트 2상 조직으로 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트가 40 ％ 이상 포함되는 금속 조직이면 본 발명의 작용 효과를 갖는 것이다.

본 발명은 상기의 강 조성과 금속 조직을 갖는 고강도 열연 강판과, 또한 그 강판을 공업적으로 유리하게 제조하기 위한 고강도 열연 강판의 제조 방법이다.

고강도 열연 강판을 열간 압연에 의해 제조할 때에, 본 발명의 저C-저Si-고Al 성분계에서는 마무리 압연 종료 온도는 페라이트 영역 압연에 의한 연성의 저하를 억제하기 위해 Ar₃점 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 지나치게 고온으로 하면 금속 조직의 조대화에 따른 강도 및 연성의 저하를 초래하는 경우가 있으므로, 마무리 압연 종료 온도는 1050 ℃ 이하가 바람직하다. 주조편을 가열할지 여부는 강판의 압연 조건에 의해 적절하게 정하면 되고, 열연 강판을 열간 압연 중에 다음의 열연 강판 또는 주조편을 접합하여 연속 압연할지는 본 발명의 금속 조 직을 얻게 되면 적절하게 선택할 수 있다. 또, 강용제는 전로(轉爐) 방식이든 전로(電爐) 방식이든 용해하여 강 조성을 얻을 수 있으면 된다. 또한, 불순물 등의 제어를 위한 용철 예비 처리, 정련, 탈가스 처리 등은 적절하게 선택하면 된다.

마무리 압연 종료 직후에 강판을 급속 냉각하는 것은 페라이트분률을 확보하기 위해 중요하고, 그 냉각 속도는 20 ℃/초 이상이 바람직하다. 20 ℃/초 미만에서는 강도 저하 및 연성 저하의 원인이 되는 페라이트가 생성되기 때문이다. 한편, 250 ℃/초에서 페라이트의 억제 효과는 포화되지만, 250 ℃/초 이상에서도 페라이트 결정 입자가 성장하여 페라이트 결정 입경이 2 ㎛ 이상을 금속 조직의 40 ％ 이상 확보하기 위해서는 유효하다. 600 ℃/초 초과에서는 페라이트 결정 입자의 성장 효과도 포화되고, 반대로 열연 강판의 형상의 유지가 기존에는 용이하지 않았으므로 600 ℃/초 이하가 바람직하다.

강판의 급속 냉각을 일단 정지하여 공냉을 실시하는 것은 페라이트를 석출하여 그 점유율을 증가시키고, 연성을 향상시키기 위해 중요하다. 그러나, 공냉 개시 온도가 650 ℃ 미만에서는 구멍 확장성에 유해한 페라이트가 조기부터 발생한다. 한편, 공냉 개시 온도가 750 ℃를 넘는 경우에는 페라이트의 생성이 느려 공냉의 효과를 얻기 어려울 뿐만 아니라, 그 후의 냉각 중에 있어서의 페라이트의 생성이 발생하기 쉬우므로 바람직하지 않다. 따라서, 공냉 개시 온도는 650 ℃ 내지 750 ℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 공냉 시간이 15초를 넘어도 페라이트의 증가는 포화하는 것뿐만 아니라, 페라이트의 생성에 의해 강도, 연성이 저하되는 것, 또한 그 후의 냉각 속도, 권취 온도의 제어에 부하가 가해지므로 공업적으로 바람 직하지 않다. 따라서, 공냉 시간은 15초 이하로 한다. 또, 공냉 시간이 2초 미만에서는 페라이트를 충분히 석출시킬 수는 없으므로 바람직하지 않다. 또한, 본 발명의 공냉에는 그 후의 금속 조직의 생성에 영향을 미치지 않을 정도로 열연 강판 표면 부근의 스케일 개질의 목적으로 안개형의 냉매를 소량 내뿜는 것도 포함된다.

공냉 후에는 다시 상기 열연 강판을 급속히 냉각하지만, 그 냉각 속도는 결국 20 ℃/초 이상을 필요로 한다. 20 ℃/초 미만에서는 유해한 파라이트가 생성되기 쉬우므로 바람직하지 않다. 200 ℃/초에서 베이나이트의 생성은 대략 포화한다. 한편, 600 ℃ 초에서는 강판이 부분적으로 과냉되는 경우가 있어, 국부적으로 경질 변동이 발생하므로 바람직하지 않다.

그리고, 이 급냉(2차 급냉)의 정지 온도, 즉 권취 온도는 300 내지 600 ℃로 한다. 권취 온도가 350 ℃ 미만에서는 구멍 확장성에 유해한 경질의 마르텐사이트가 발생하기 때문이고, 한편 600 ℃를 초과하면 구멍 확장성이 유해한 페라이트가 생성하기 쉬워지기 때문이다.

이상과 같이 본 강 조성과 열연 조건의 조합에 의해 강판의 금속 조직이 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 비율이 40 ％ 이상인 페라이트 ＋ 마르텐사이트 2상 조직이며, 인장 강도 590 N/㎟ 이상인 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명 강판의 표면에 표면 처리(예를 들어 아연 도금, 윤활 처리 등)가 실시되고 있어도 본 발명의 효과를 갖고, 본 발명을 일탈하는 것은 아니다.

(제1 실시예)

표 1-1, 표 1-2에 나타내는 화학 성분 조성(함유량은 질량 ％, 공란은 무첨가를 나타냄)을 갖는 강을 전로 용제하여 연속 주조에 의해 주조편으로 하고, 표 2에 나타내는 열연 조건으로 압연 및 냉각하고, 판두께 2.6(제1 내지 제16 실시예, 제1 내지 제3 비교예), 3.2 ㎜(제17 내지 제32 실시예, 제4 내지 제6 비교예)의 열연 강판을 제조하였다. 또, 급속 냉각의 속도를 40 ℃/초(제1 내지 제15 실시예, 제1 내지 제4 비교예), 120 ℃/초(제16 내지 제30 실시예, 제5 비교예), 300 ℃/초(제31 및 제32 실시예, 제6 비교예), 공냉 시간은 10초(제1 내지 제32 실시예, 제1 내지 제6 비교예)로 하였다. 단, 열간 압연의 마무리 압연 종료 온도는 900 ℃(제1 내지 제32 실시예, 제4 내지 제9 비교예), 930 ℃(제1 내지 제3 비교예)였다.

이와 같이 하여 얻게 된 열연 강판에 대해, 인장력 시험, 구멍 확장 시험, 금속 조직 관찰, 화성 처리성 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2-1, 표 2-2에 나타낸다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

주1) 인장 강도, 연성

JIS Z 2201에 준거하여, 시험편은 JIS5호를 이용하여 인장 시험을 행하였다.

주2) 구멍 확장성

구멍 확장 시험은 초기 구멍 직경(d0 : 10 ㎜)의 펀칭 구멍을 60°원뿔 펀치로 확장하여 균열이 판두께를 관통한 시점에서의 구멍 직경(d)으로부터 구멍 확장치(λ치) ＝ (d － d0)/d0 × 100을 구하여 구멍 확장성을 평가하였다. 이들 결과를 표 2에 나타낸다.

주3) 강판의 금속 조직

금속 조직 관찰에 있어서는, 나이탈로 부식 후, 주사 전자 현미경으로 페라이트, 베이나이트를 동정(同定)하고, 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 면적률을 화상 해석에 의해 측정하였다.

주4) 화성 처리성

열연 강판의 화성 처리성은 표면 스케일을 제거 후에, 화성 처리액 SD5000(니뽄 페인트사제)을 이용하여 처방대로 탈지, 표면 조정을 행한 후 화성 처리를 행하였다. 화성 처리 피막의 판정은 SEM(2차 전자선상)에 의해 균일하게 피막이 형성되어 있는 것은 ○, 피막이 일부 형성되어 있지 않은 것은 ×라 판정하였다.

제1 내지 제32 실시예는 화학 성분, 마무리 압연 종료 온도, 공냉 개시 온도, 권취 온도 모두 본 발명의 범위 내이며, 금속 조직이 페라이트 베이나이트 2상으로 이루어지고, 또한 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 비율이 40 ％ 이상인 본 발명예이고, 높은 λ치와 신장을 갖는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판이다. 한편, 제1 내지 제9 비교예의 본 발명의 조건을 벗어난 비교 예의 것은 강도, 구멍 확장성, 연성의 밸런스, 화성 처리성이 떨어지는 것이다.

또한, 표 1, 표 2에는 나타나 있지 않지만, 제1 실시예에 나타내는 강 성분의 주조편을 이용하여 열간 압연 종료 온도 920 ℃, 그 후 625 ℃까지 1차 급냉(냉각 속도 40 ℃/초)고, 공냉 개시 온도 625 ℃에서 10초 공냉하고, 또한 2차 급냉(냉각 속도 20 ℃/초)하고, 권취 온도 460 ℃로 하여 열간 압연한 경우에는 공냉 개시 온도가 본 발명의 범위보다 지나치게 낮았기 때문에 금속 조직에 페라이트가 수 ％ 생성되고, 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 면적률도 36 ％가 낮아 본 발명의 범위 외였다. 따라서 신장 19 ％, λ치 95 ％가 되고, 구멍 확장성, 연성 밸런스가 떨어지는 것이었다. 또한, 마찬가지로 제1 실시예에 나타내는 강 성분의 주조편을 이용하여 열간 압연 종료 온도 910 ℃, 그 후 675 ℃까지 1차 급냉(냉각 속도 100 ℃/초)하고, 공냉 개시 온도 680 ℃에서 10초 공냉하고, 다시 2차 급냉(냉각 속도 20 ℃/초)하고, 권취 온도 320 ℃로 하여 열간 압연한 경우에는 권취 온도가 본 발명의 범위보다 지나치게 낮았으므로 금속 조직에 마르텐사이트가 10 ％ 정도 생성되고, 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 면적률이 33 ％로 낮은 것이며, 이로 인해 신장 20 ％, λ치 63 ％가 되어 결국 구멍 확장성, 연성 밸런스가 떨어지는 것이 되어 버렸다.

(제2 실시예)

표 3-1, 표 3-2에 나타내는 성분의 강을 용제하여 상법(常法)에 따라서 연속 주조로 슬라브로 하였다. 제33 내지 제58 실시예가 본 발명에 따른 성분의 강에서 제10 비교예의 강은 C, P의 첨가량, 제11 비교예의 강은 Mn 첨가량, 제12 비교예의 강은 Al 첨가량, 제13 비교예의 강은 Si, Al의 첨가량, 제14 비교예의 강은 Si 및 Ti, V 첨가량, 제15 비교예의 강은 Si와 Nb 첨가량이, 제16 비교예의 강은 Al의 첨가량이 본 발명의 범위 밖이다. 또한, 제10 비교예의 강은 수학식 (1)이, 제11 비교예의 강은 수학식 (1), 수학식 (3)이 본 발명의 범위 밖이다.

이들 강을 가열로 속에서 1200 ℃ 이상의 온도로 가열하고, 열간 압연에 의해 판두께 2.6 내지 3.2 ㎜의 열연 강판을 얻었다. 열연 조건에 대해서는 표 4-1, 표 4-2, 표 4-3에 나타낸다.

표 4-1 중, 33-4는 냉각 속도가 낮아 벗어나고, 34-3, 38-3은 공냉 개시 온도, 37-3, 39-3은 권취 온도가 각각 본 발명의 범위 밖이다. 또한, 표 4-2의 42-2는 공냉 시간이 짧아지고 있다.

이와 같이 하여 얻게 된 열연 강판에 대해 인장 강도 및 화성 처리 시험을 행하였다. 각 시험편의 TS, El, 및 화성 처리성을 각각 표 4-1, 표 4-2, 표 4-3에 나타낸다. 도3에 강도와 신장의 관계를 나타낸다. 본 발명은 비교강에 비해 신장이 높아지게 되어 있어 우수한 것을 알 수 있다.

또, 인장 강도, 연성의 시험 방법, 강판의 금속 조직의 측정 방법, 화성 처리성의 판정 방법은 제1 실시예 동일한 조건이다.

[표 3-1]

[표 3-2]

[표 4-1]

[표 4-2]

[표 4-3]

이상에 상세하게 서술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 인장 강도가 590 N/㎟ 이상의 고강도이며 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판 을 경제적으로 제공할 수 있으므로 본 발명은 높은 가공성을 갖는 고강도 열연 강판으로서 적합하다. 또한, 본 발명의 고강도 열연 강판은 차체의 경량화, 부품의 일체 성형화, 가공 공정의 합리화가 가능하며, 연비의 향상, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 것으로서 공업적 가치가 크다.

Claims

질량 ％로, C : 0.02 내지 0.08 ％, Si : 0.50 ％ 이하, Mn : 0.50 내지 3.50 ％, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.4 내지 2.0 ％ 잔량부 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성의 고강도 열연 강판이며, 하기의 식 (1)을 충족시키고, 또한 상기 열연 강판의 금속 조직이 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트와 베이나이트의 이상 조직이고, 또한 상기 입경 2 ㎛ 이상의 페라이트의 비율이 40 ％ 이상을 갖고, 인장 강도가 590 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판.

Mn ＋ 0.5 × Al ＜ 4 …(1)
제1항에 있어서, 질량 ％로, Ti : 0.003 ％ 내지 0.20 ％, Nb : 0.0031 내지 0.04 ％, V : 0.003 내지 0.20 ％ 이하, Ca : 0.0005 내지 0.01 ％, Zr : 0.0005 내지 0.01 ％, REM : 0.0005 내지 0.05 ％, Mg : 0.0005 내지 0.01 ％ 중 1 또는 2 종류 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판.
제1항 또는 제2항에 기재된 강 조성으로 이루어지는 주조편을, 압연 종료 온도를 Ar₃점 이상으로 하여 열간 압연을 종료한 후 20 ℃/초 이상의 냉각 속도로 650 내지 800 ℃까지 냉각하고, 계속해서 2 내지 15초간 공냉한 후, 다시 20 ℃/초 이상의 냉각 속도로 350 내지 600 ℃로 냉각하여 권취하는 것을 특징으로 하는 구멍 확장성, 연성 및 화성 처리성이 우수한 고강도 열연 강판의 제조 방법.