KR20070085757A - Ｔｗｉｐ 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 및 직접스트립 주조에 의한 상기 스트립 제조 방법 - Google Patents

Ｔｗｉｐ 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 및 직접스트립 주조에 의한 상기 스트립 제조 방법 Download PDF

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티센크루프 스틸 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 여기서, 연속적인 작업단계들이 중단없이 수행되고, 다음의 조성(질량%)을 갖는 용융 재료: 탄소(C) : 0.003 - 1.50%, 망간(Mn) : 18.00 - 30.00%, 니켈(Ni) : ≤ 10.00%, 실리콘(Si) : ≤ 8.00%, 알루미늄(Al) : ≤ 10.00%, 크롬(Cr) : ≤ 10.00%, 질소(N) : ≤ 0.60%, 구리(Cu) : ≤ 3.00%, 인(P) : ≤ 0.40%, 황(S) : ≤ 0.15%,
셀렌(Se), 텔루르(Te), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 니오브(Nb), 붕소(B), 희토류 금속(REM), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 코발트(Co), 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg)의 그룹으로부터 선택적으로 하나 또는 그 이상의 원소들은, 셀렌(Se), 텔루르(Te)의 총 함량이 0.25 질량%보다 작거나 같고, 바나듐(V), 티타늄(Ti), 니오브(Nb), 붕소(B), 희토류 금속(REM)의 총 함량이 4.00 질량%보다 작거나 같고, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 코발트(Co)의 총 함량이 1.50 질량%보다 작거나 같고, 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)의 총 함량이 0.50 질량%보다 작거나 같으며, 나머지는 철(iron) 및 용융 조건 불순물들이고, 여기서, 주석(Sn), 안티몬(Sb), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta) 및 비소(As)의 함량은, 이들의 총 함량은 0.30 질량%보다 작거나 같고, 상기 불순물에 포함되며, 컨베이어 벨트에 적용되고, 프리-스트립으로 굳어질 때까지 컨베이어 벨트 위에서 냉각되도록 마련된다. 프리-스트립은 컨베이어 벨트로부터 제거되고, 제거된 상기 프리-스트립이 요구된다면 열처리에 노출되며, 프리-스트립은 적어도 700℃의 최종 열간 압연 온도에서 열간 압연되어 완전하게 재결정된 구조를 갖는 열간 스트립으로 되고, 열간 스트립은 750℃에 이르는 권취 온도에서 감긴다.
TWIP 특성, 고강도 스트립, 냉간 압연

Description

ＴＷＩＰ 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 및 직접 스트립 주조에 의한 상기 스트립 제조 방법{HIGH-STRENGTH STEEL STRIP OR SHEET EXHIBITING TWIP PROPERTIES AND METHOD FOR PRODUCING SAID STRIP BY DIRECT STRIP CASTING}
본 발명은 스트립 또는 박판은 철-탄소-망간 경량 구조용 강으로부터 얻어지는 TWIP 특성을 포함하는 고강도, 냉간 성형이 가능한 강 스트립 또는 박판(sheet) 제조 방법, TWIP 특성을 포함하는 부품과 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법에 관한 것이다.
철 외에 주요 합금 원소로서 11 - 14 질량%의 망간과 1.1 - 1.4 질량%의 탄소를 함유하는 이른바 "하드필드강"(hadfield steel)은 이미 오랜 기간 동안에 알려져 있다. 이와 같은 고 망간 함량의 강은 반복된 충격 또는 마찰의 영향으로 매우 높은 인장 강도와 가공 경화에 의해 특징 지어진다.
또한, 이른바 "트윕"("TWIP": "Twinning Induced Plasticity") 특성을 갖는 좀 더 많은 망간 함량의 오스테나이트계 강이 알려져 있다. 경량 및 우수한 강도를 갖는 강들은 기계적 하중이 인가될 때 기계적 하중이 인가되는 동안에 일어나는 조직 결정의 쌍정이 형성되는 결과, 높은 연성을 갖는다. 이러한 쌍정 형성은 직접적으로 강의 변형을 용이하게 한다. 쌍정(twinning)은 또한 기계적 하중이 가해지는 경우에 전위의 이동성을 제한하기 때문에 강의 유동 응력(flow stress)을 증가시키는데 기여한다. TWIP 강의 연성은 일반적으로 쌍정 형성과 동반되는 마르텐사이트 γ/α 변태에 의해서도 부가적으로 조장 된다.
상술한 유형의 철-탄소-망간 함금으로부터 강 스트립을 제조하는 방법이 유럽특허 제1 067 203 B1호에 개시되어 있다. 상기 공지된 방법에 따르면, 0.001 ~ 1.6 질량% C, 6 ~ 30 질량%의 Mn, 최대 10 질량%의 Ni, 여기서 Mn과 Ni의 총 함량은 16 질량% 내지 최대 30 질량%, 최대 2.5 질량%의 Si, 최대 6 질량%의 Al, 최대 10 질량%의 Cr과 P, Sn, Sb 및 As는 그 총 함량이 최대 0.2 질량%, S, Se 및 Te는 그 총 함량이 최대 0.5 질량%, V, Ti, Nb, Zr 및 희토류 금속(rare earth metals, REM)은 그 총 함량이 최대 3 질량%, Mo와 W의 총 함량은 최대 0.5 질량%로 제한되며, 잔부는 철 및 불가피한 불순물을 함유하는 용융물이 통상적인 쌍롤 스트립 주조 장치(twin-roll strip casting machine)에서 두께가 5 mm 내지 10 mm인 박 스트립(thin strip)으로 주조된다. 이러한 방식으로 얻어진 박 스트립은 직접 또는 중간 열간 압연 후 권취된 후에 하나 또는 그 이상의 단계에서 10% - 90%의 압하률로 냉간 스트립으로 냉간 압연된 후에 재결정 어닐링 처리된다.
기술적 어법으로 또한 "더블 롤러"(double roller) 또는 "트윈 롤러"(twin roller)로 불리는 트윈-롤 주조 장치의 사용 외에, 주조 스트립은 약어인 "DSC 공정"으로 사용되는 이른바 "다이렉트 스트립 주조"(direct strip casting) 공정에 의하여 제조될 수도 있다. 이 방법에 의하면, 주조될 용융 재료는 주조 레이들(foundry ladle)로부터 분배 용기(dispensing vessel)로 부어지고, 이것은 계속 적으로 회전하는 컨베이어 벨트에 적용된다. 컨베이어 벨트 영역 내에서 용융 재료는 급격하게 냉각되어 컨베이어 벨트의 말단 근처에서는 경질의 프리-스트립(pre-strip)으로 응고된다. 다음으로, 프리-스트립은 통상적으로 상기의 냉각 단계 후에 즉시 중단 없이 열간 압연 되기 전에 2차 냉각 단계를 거친다. 열간 압연은 하나 또는 그 이상의 롤 스탠드에서 수행될 수 있다. 최종 핫 스트립이 코일로 권취 되기 전에, 열간 압연 후 제어된 냉각이 추가로 수행된다.
DSC 공정을 사용하여 Fe-Mn-Al-Si 합금으로부터의 강 스트립 제조 가능성은 IDDRG International Deep Drawing Research Group 2004 Conference의 Proceeding, 2004년 5월 24-26일, Sindelfingen, Verlag Stahleisn GmbH, 2004, ISBN 3-514 00708-X, 261-269페이지에 발행된 레나타 비스코로바(Renata Viscorova) 등이 작성한 논문 "고 망간 트립 합금의 변형 및 기계적 특성"(DEFORMATION AND MECHANICAL PROPERTIES OF HIGH MANGANESE TRIP ALLOYS)에 개시되어 있다. DSC 공정을 사용하여 TWIP 강의 제조 가능성에 대한 일반적인 참고 외에, 이 공개문헌에는 이러한 방식으로 주조된 Fe-Mn-Al-Si-합금의 특정 예로, 철 및 용해 조건에 따른 불순물 외에, (질량%로) 16.2% Mn, 2.36% Al, 2.47% Si, 0.084% C, 0.007% S 및 0.0093% N을 함유하며 TRIP 특성을 갖는 강이 기재되어 있다.
성분 조성에 따라 TRIP 강("TRIP"= "Transformation Induced Plasticity")은 통상적인 2상 강(two-phase steel)에 필적하는 정도의 연신율을 가지면서 특히 고강도를 가지거나 또는 종래의 2상 강에 필적하는 정도의 강도를 가지면서 높은 변형 능력(stretch capability)을 갖는다. 대조적으로, TWIP 강은 갑작스럽게 기계적 응력이 가해지는 경우 및 부품을 성형 중에, 최적의 변형 거동이 되도록 좀 더 균형된 물성들의 조합을 갖는다.
그러나, 이런 유형의 경량 구조용 강로부터 제조된 공지의 금속 박판의 모든 종류들은, 고 강도를 가짐에도 특정의 단점들을 가진다. 예를 들면, 넓은 연성-취성 전이 온도 범위, 온도에 대한 물성들의 높은 의존도 또는 더 많은 이방성 변형 거동의 발생이다.
또한, 고 망간 함량의 강은 오로지 열간 압연 될 수 있고, 이들의 고유의 고 강도로 인해 냉간 압연하기에는 어려움이 있다. 이는 여기서 논의되는 유형의 고강도 TWIP 강의 경우에 특히 첨예하게 나타날 수 있다. 따라서 그러한 강에 있어서, 실제로 대량 제조 및 이러한 강으로부터 스트립 및 박판의 처리를 어렵게 만드는 스트립 가장자리에서의 불안정성 및 찢어짐(tears)이 자주 나타난다. 또한, 18 질량% 또는 그 이상의 Mn을 함유하는 강의 경우에도 열간 압연 전의 갓 주조된 상태에서 지나친 경도를 가짐으로 인해, 상기 강으로부터 박형 열간 스트립을 제조하고, 이로부터 합리적인 비용으로 얇은 두께의 냉간 스트립을 제조하기 위해서는 설비 제조에 큰 비용의 투자가 필요하다. 그러나, 특히 자동차 차체 제조 분야에서, 고강도 및 사고 발생시에 변형이 우수하고 강화 거동을 나타내는 경량의 박형 냉간 압연 금속 박판에 대한 요구가 증가하고 있다.
상술한 종래 기술을 기초로, 본 발명의 목적은 고 망간 함량의 TWIP 특성을 갖는 강 스트립 및 박판을 물성들의 최적의 조합 및 최적 이용 가치를 갖는 제품들을 절감된 비용으로 제조 가능하게 하는 제조 방법을 개발하는 것이다. 이에 더하여, 초기에 설명된 유형의 강으로부터 제조된 고강도 부품을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 마지막으로, 특히 우수한 변형 거동을 나타내는 강 스트립 또는 박판이 개발되었다.
냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판의 제조 방법과 관련하여, 상기 목적은 본 발명에 따라,
- 질량%로 다음의 성분:
C : 0.003 - 1.50%,
Mn : 18.00 - 30.00%,
Ni : ≤ 10.00%,
Si : ≤ 8.00%,
Al : ≤ 10.00%,
Cr : ≤ 10.00%,
N : ≤ 0.60%,
Cu : ≤ 3.00%,
P : ≤ 0.40%,
S : ≤ 0.15%,
Se, Te, V, Ti, Nb, B, REM, Mo, W, Co, Ca 및 Mg의 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들, 그 중 Se, Te의 총 함량은 0.25 질량% 이하,
V, Ti, Nb, B, REM의 총 함량은 4.00 질량% 이하,
Mo, W, Co의 총 함량은 1.50 질량% 이하, 및
Ca, Mg의 총 함량은 0.50 질량% 이하,
잔부는 철 및 용융 조건에 따른 불순물들,
여기서, 총 함량 0.30 질량% 이하의 Sn, Sb, Zr, Ta 및 As 성분이 상기 불순물에 포함되는 성분의 용융물(molten material)이 컨베이어 벨트에 도입되어, 프리-스트립으로 응고될 때까지 컨베이어 벨트 위에서 냉각되는 단계,
- 상기 프리-스트립이 컨베이어 벨트로부터 분리되는 단계,
- 분리된 프리-스트립이, 필요한 경우에는 열처리 되는 단계,
- 프리-스트립이 완전하게 재결정 조직의 열간 스트립으로 되기 위해 적어도 700℃의 최종 열간 압연 온도에서 열간 압연 되는 단계,
및
- 열간 스트립 최대 750℃의 권취 온도에서 권취되는 단계가 중단없이 연속적으로 수행됨에 따라 달성된다.
고강도 부품 제조 방법과 관련하여, 본 발명에 따른 방법의 사용에 의해 열간 스트립 또는 냉간 스트립이 제조되고, 그로부터 반 제품(pre-product)이 제조될 수 있고, 그런 후에 부품으로 최종 냉간 압연되는 것에 의해 본 발명은 목적을 달성할 수 있다.
강 스트립 또는 박판이 제조되는 특별한 방법 때문에, 본 발명에 따르는 방법에 의하여 제조된 강 스트립 또는 박판은 0℃ 이하의 온도에 놓여질 때에 물성들의 최적 조합을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 강 스트립 또는 박판은 취성/연성 전이 온도(Tue)가 40℃ 이하라는 특징이 있다. 관련된 전이 온도(Tue)는 일반적으로 커핑 시험 또는 노치 바 충격 시험으로 결정된다.
이에 따라, 본 발명에 따르는 강 스트립 또는 박판을 사용할 때, 예를 들어 자동차 차체 패널 또는 그에 상당하는 제품들을 제조할 때, 상기 강 스트립 및 박판의 우수한 변형능이 상기 제품들이 일반적으로 사용되는 전체 온도 범위에 걸쳐서 일정해지는 것이 보증될 수 있다.
최종 열간 압연 온도 및 권취 온도가 동시에 본 발명에 따르는 방법으로 조정될 수 있다면, 본 발명은 18 질량% 또는 그 이상의 망간 함량을 갖는 강이 상술한 특히 유리한 방법으로 현재 알려진 DSC 공정을 사용하여 처리될 수 있다는 실현에 기초를 두고 있다. 열간 압연 온도가 적어도 700℃, 전형적으로는 적어도 850℃라는 사실 때문에, 열간 압연 후에 냉간 성형에 매우 적합한 완전히 재결정된 열간 스트립이 얻어진다. 최대 750℃, 전형적으로는 최대 550℃의 권취 온도가 선택되었기 때문에, 그 결과 최종 열간 스트립의 입계 산화(grain boundary oxidation)는 가능한 방지되고, 표면 결함이 권취 후에 얻어진 열간 스트립에서 최소량으로 나타난다. 이에 따라, 본 발명에 따라 제조된 열간 스트립 또는 이로부터 제조된 냉간 스트립은, 예를 들면 내부식성을 향상시키기 위한 금속 코팅으로 충분히 보호될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 특유의 장점은 본 발명에 따라 사용된 제조 공정의 열간 단계(hot phase) 동안에 스트립은 수직에서 수평 방향으로 전환될 필요가 없다는 것이다. 본 발명에 따르는 용융물로부터 주조된 프리-스트립(pre-strip)은, 컨베이어 벨트에서 응고되는 동안 및 다음에 열간 압연 동안, 필요하다면 열간 압연에 선행하는 열처리시에도, 완전하게 수평하게 배열된 방향으로 움직이기 때문에 제조 공정의 열간 단계에서 스트립이 심한 굽힘(critical bending)을 받는 것이 방지될 수 있다. 이는 내열강 재료들의 나쁜 변형능에 의해 발생하는 문제들 없이 도 이들 내열강으로부터 강 스트립을 제조하는 것을 가능하게 한다. 따라서 공지의 스트립 주조 장치로 스트립을 주조하는 것과 비교하여, 주조 공정의 중단 위험성, 예를 들면 불충분한 주조 스트립의 연성에 의한 파단(breaking)에 의한 주조 공정의 중단은 본 발명에 따르는 DSC 공정을 사용할 때에는 존재하지 않게 된다.
본 발명에 따르는 방법의 부가적인 장점은 종래의 스트립 주조로 얻을 수 있는 두께보다 더 두꺼운 두께의 프리-스트립이 주조될 수 있다는 것이다. 따라서, 두께가 대체로 10 mm 이상, 특히 12 mm 이상인 프리-스트립(pre-strip)이 본 발명에 따른 방법에 의해 어려움 없이 제조될 수 있다. 두께가 15 mm 이상 또는 20 mm 이상인 이러한 유형의 프리-스트립이, 예를 들면 고 변형 정도(high strain degree)가 사용되는 추후의 열간 압연 동안에 두께가 대체로 3 mm 이하, 특히 2 mm 이하의 박형 열간 스트립으로 성형될 수 있다.
트윈-롤 주조 장치를 사용하는 종래의 스트립 주조와는 달리, 열간 압연 동안의 심한 변형은, 프리-스트립의 본래의 주조 조직은 가능한 한 한 완전하게 제거되고, 특히 균질하고, 완전하게 재결정된 조직 및 공동(cavity)이 대부분 제거됨에 기인하는 특히 연성이 우수한 열간 스트립을 제조하도록 한다. 따라서, 바람직하게는 60% 이상, 특히 최대 95%의 높은 정도의 변형을 얻기 위해, 주조 프리-스트립의 열간 성형은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 수행되는 것이 바람직하다. 이런 방법으로, 예를 들면, 본 발명에 따라 처리된 강 합금이 고내열성을 가짐에도 불구하고, 저 비용으로 자동차 차체 제작에 사용하기에 적합한 냉간 스트립으로 냉간 압연될 수 있는 두께 1 mm의 열간 스트립이 큰 두께의 프리-스트립으로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실질적인 장점은, 종래의 공정에서 문제가 되는 합금 원소들의 존재와 관련하여, 처리되는 용융물에서 좀 더 여유(tolerant)가 있다는 사실에 있다. 따라서, 인, 황 및 구리의 상당한 함량 외에도, 불순물로서 총 함량이 최대 0.30 질량%인 Sn, Sb, Zr, Ta 및 As으로 이루어진 상대적으로 고 함량의 불순물을 함유하는 용융물도 높은 성공률로 주조될 수 있다. 이는 결과적으로 본 발명에 따라 상응하는 합금 강 스트립 제조 가능성이 손상되지 않으면서도 수반하는 원소들을 더 많이 함유할 수 있도록 한다.
이에 따라, 본 발명은 좀 더 싸고 질이 좋지 않은 고철(scrap iron)을 사용하는 전기 아크로 방법을 사용하여 용융물을 경제적으로 제조하도록 한다. 결과적으로, 높은 이산화탄소-방사 단점이 있는 용광로(blast furnace)를 사용하지 않는 것이 가능하다.
본 발명을 통해 넓은 오차 범위 내에서 변동하는 성분 함량의 용융물을 처리할 수 있다는 것은 상당한 불순물을 함유하는 비최적 합금 재료를 사용할 수 있는 가능성을 제공하고, 이에 따라 합금 재료의 비용을 추가적으로 감소시킬 수 있다. 용광로 코크스의 고비용을 방지할 수 있다.
종래의 수직 연속 주조가 갖는 문제인 편석 형태(profile)는, 현재 논의되고 있는 유형의 강을 본 발명에 따라 처리할 때 실질적으로 감소 된다. 또한, 종래의 연속 주조 시에 발생하는 불규칙한 주조 조직은 본 발명에 따른 방법을 사용하면 균질하게 된다.
본 발명에 따르는 제조 방법으로 제조된 최종 강 스트립 또는 박판의 강도 및 연성은 종래의 연속 주조에 의하여 제조된 비교 가능한 합금의 경우보다 높다.
마지막으로, 본 발명에 따른 방법은 종래의 연속 주조 설비보다 실질적으로 더 낮은 투자 자본이 소요되는 생산 라인에 사용될 수 있다. 따라서, 자본 지출은 종래의 연속 주조 와이드 열간 스트립 설비에 대한 것보다 더 적다. 또한, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 개개의 코일(coil by coil)마다 폭을 조정할 수 있다. 본 발명에 따르는 생산 라인 공정으로 달성 가능한 생산고(output)는 종래 연속 주조 설비에 필적한다. 본 발명에 의해 처리되는 합금의 C-함량은 0.003 질량% 내지 1.6 질량%일 수 있다. 바람직하게는, 0.2 질량% 내지 0.8 질량%의 범위일 수 있다. C-함량이 적어도 0.2 질량%이면, 용융물에서 탄소 고갈의 위험은 최소화된다. 0.8 질량% 이상의 C 함량은 이로운 기계적 물성들을 달성하는 것과 관련하여 다른 합금 원소의 함량을 최적화시키는 것을 어렵게 한다.
0.2 - 0.8% 내에서 바람직하게 선택된 C 함량은 본 발명에 따른 강 박판 및 스트립의 제조 가능성을 향상시킨다. 스트립 가장자리 영역에서의 찢어짐 및 불안정성은 실질적으로 감소하고, 특히 불안정성은 C 함량의 증가에 따라 줄어든다.
게다가, 본 발명에 따라 제안된 C 함량은 열간 압연 파라미터의 선택의 폭(wide spectrum)을 넓게 해준다. 따라서, 높은 최종 열간 압연 온도 및 권취 온도에서 본 발명에 따라 얻어진 강의 특성치(characterstic value)는 낮은 최종 열간 압연 온도 및 권취 온도에서 얻어진 것과 실질적으로 동일하다. 또한, 이러한 둔감성은 본 발명에 따르는 방법의 간단하면서 확실하게 실현 가능하도록 한다.
본 발명에 따라 처리되는 합금의 Mn 함량은 적어도 18 질량%이고, 특히 적어도 20 질량%이다. 본 발명에 따라 처리되는 유형의 고 Mn 함량 함유 강은 확실하게 TWIP 특성들을 갖는다.
논의 중인 강의 경우에 Mn 및 Ni의 총 함량은 30 질량%를 초과하지 않아야 하기 때문에, Ni 함량은 최대 10 질량%로 제한된다.
특히 경량 강이 요구되는 경우에 추가되는, 본 발명에 따라 처리되는 용융물의 Si 함량은 최대 8 질량%일 수 있다. 게다가, 여전히 TWIP 특성들을 유지하면서 상응하게 감소된 C 및 Mn 함량을 대체하기 위하여 고 Si 함량이 사용될 수 있다.
동일한 목적을 위하여 최대 10 질량%의 Al이 본 발명에 따라 처리되는 용융물에 선택적으로 첨가될 수 있다.
내식성을 향상시키기 위하여 본 발명에 따라 처리되는 강에 Cr이 첨가될 수 있다. Cr 함량의 한도는 비용 기준과 관련하여 최대 10 질량%인 것이 적당한데, 이는 상기 한도에서 단지 작은 특성 향상이 관찰되기 때문이다.
놀랍게도, Se 및 Te 성분의 존재는, 용융물이 프리-스트립으로 응고되는 컨베이어 벨트에 부가될 때 습윤 거동을 향상시킨다는 것을 알 수 있었다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 용융물 내의 Se 및 Te의 총 함량은 적어도 0.01 질량%이다.
본 발명에 따라 처리되는 유형의 강의 기계적 특성과 관련하여, 이미 알려져 있는 바와 같은 긍정적 효과를 얻기 위하여 V, Ti, Nb 및 희토류 금속 같은 미량 합금 원소(micro-alloying element)가 포함될 수 있다. 본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 총 함량이 적어도 0.01 질량%인 V, Ti, Nb 및/또는 희토류 금속을 포함하는 프리-스트립으로 주조되는 용융물을 제안하고 있다. B가 적어도 0.001 질량%의 양으로 존재하는 경우, B의 특성 개선 효과(등방성)는 이미 발생한다.
Mo, W 및 Co 원소들의 이미 알려져 있는 물성 개선 효과를 얻기 위하여, Mo, W 및 Co의 총 함량은 최대 1.5 질량%일 수 있다. 또한, Ca 및 Mg에 첨가에 의한 이미 알려져 있는 효과를 이용하기 위해, 본 발명에 따라 처리되는 유형의 강에 총 함량 0.5 질량%의 Ca 및 Mg가 첨가될 수 있다.
논의 중인 유형의 강에 N 첨가의 효과인 강도 증가 및 내식 효과를 이용하기 위하여 최대 0.6 질량%의 N이 첨가될 수 있다.
그 결과, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따르는 합금화 구상(alloying concept)의 가능성을 이용할 때, 특히 상당한 고강도 특징 때문에 자동차 차체 패널 제조에 적합한 냉간 성형이 가능하고 경량의 구조용 강 스트립 또는 박판이 얻어진다. 이와 마찬가지로, 본 발명에 따라 제조된 강 박판은 운송수단, 특히 자동차용 휠의 제조, 내부 고압 또는 외부 고압 형성 부품의 제조, 캠축 또는 피스톤 로드와 같은 고강도 엔진 부품의 제조, 특히 포격으로부터 인간을 보호하기 위한 장갑판과 보호 요소와 같이 예를 들면 포격과 같은 펄스 형태의 스트라이킹 압력으로부터 보호하기 위하여 고안된 부품의 제조에 적합하다.
또한 순수한 오스테나이트계 조직의 본 발명에 따르는 강 박판은 비자성 부품을 제조하는데 특히 적합하다.
더욱이, 본 발명에 따라 제조된 강 스트립 또는 박판은 심한 저온에서도 인장 강도를 유지한다는 것을 알 수 있다. 언급한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 강 스트립 또는 박판의 경우에 연성에서 취성 거동으로의 전이는 -40℃ 이하의 전이 온도에서만 일어나는 것을 보장한다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 강 제품은 냉동 목적을 위한 용기 또는 파이프와 같은 극저온 기술에서 사용되는 부품을 제조하는데에 특히 적합하다.
본 발명에 따라 제조된 강 스트립 또는 박판의 등방성 변형 거동은 특히 주목할만하다. 따라서, 평균 r-값(rm)이 1.0 +/- 0.15이고, △r이 -0.2 내지 0.2인 강 스트립 및 박판은 본 발명에 의하여 용이하게 만들어질 수 있다.
본 발명에 따라 열간 스트립이 적어도 700℃의 최종 열간 압연 온도에서 열간 압연 되기 때문에, 이미 언급한 바와 같이 결정입계 산화가 방지되는 것 외에, 탄소의 긍정적인 효과를 최대로 이용할 수 있다. 따라서, 상기 범위 내에서 스트립이 열간 압연되는 경우에, 탄소는 용인할 수 있는 연신률 수준을 유지하면서 인장강도와 항복점 값을 높인다. 최종 열간 압연 온도가 상승함에 따라, 인장강도 및 항복강도는 감소하고, 반면에 연신율은 증가한다. 발명에 의하여 규정하고 있는 한도 범위 내에서 최종 열간 압연 온도를 변화시킴으로써, 제조되는 강 스트립의 바람직한 물성들이 제어되고 간단한 방식으로 그 영향을 받는다.
컨베이어 벨트 위에서의 프리-스트립의 응고와 열간 압연 사이에서 수행될 수 되는 열처리는 프리-스트립의 온도를 최적의 열간 압연 결과를 달성할 수 있는 수준으로 하기 위한 것이다. 따라서, 이미 알려져 있는 방식에 의한 열처리는 프리-스트립이 열간 압연에 최적인 열간 압연 시작 온도로 되도록 하는 부가적인 제어 냉각을 포함한다. 그러나, 프리-스트립의 조직이 그러한 열처리에 의하여 영향을 받거나 프리-스트립의 온도가 최적의 열간 압연 시작 온도로 상승될 것이 요구될 때마다 프리-스트립의 가열에 의해 열처리를 수행하는 것을 생각할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 열간 스트립은 우수한 용도 특성으로 특징지어 진다. 만약 박판 또는 스트립이 제조되면, 열간 스트립은 권취된 후에 냉간 스트립으로 냉간 압연되는 데, 냉간 압연은 10% 내지 90%, 바람직하게는 30% 내지 75%의 냉간압연 변형 수준으로 수행되는 것이 바람직하다.
고 변형률로 상대적으로 두꺼운 프리-스트립으로부터 완전하게 재결정된 조직의 박형 열간 스트립을 제조하는 본 발명에 따른 방법이 제공되는 가능성으로 인해, 냉간 압연으로 두께 0.8 ㎜ 또는 그 이하, 예를 들면 0.6 ㎜의 냉간 스트립을 용이하게 제조할 수 있다. 그러한 두께의 금속 박판은 특히 자동차 차체 제조에 요구된다.
냉간 압연 동안에 열간 스트립에 부착하는 스케일(scale)에 의한 표면 품질의 손상을 방지하기 위하여, 열간 스트립은 냉간 압연 전에 산세(pickled)될 수 있다.
바람직하게는, 한 단계 또는 다단계의 냉간 압연에 의해 얻어진 냉간 스트립은 600 ℃와 1,100 ℃ 사이의 어닐링 온도 범위에서 어닐링될 수 있다. 어닐링은 정치로(stationary furnace)에서 600℃ 내지 750℃의 온도 범위에서 일어나거나 700℃ 내지 1,100℃의 온도에서 조업 중에 일어난다.
어닐링 동안에 스케일이 형성되면, 최종 냉간 스트립의 표면 품질을 향상시키기 위하여 어닐링된 열간 스트립을 산 세정(acidic pickling)할 수 있다. 최적의 기계적 물성뿐만 아니라 최적의 표면 품질 및 치수 정밀성을 달성하기 위하여 콜드 스트립이 마무리되지 않은 경우에 특히 적용된다.
본 발명에 따라 제조된 강 스트립 또는 박판의 제1의 유익한 용도는 플로우-터닝 프레싱(flow-turning pressing)에 의하여 냉간 성형된 부품을 제조하는데 있다. 강로부터 제조된 이런 최종 블랭크(end blank)에 대하여, 이들은 플로우-터닝에 의해 성형된다. 그들의 특별한 특성 프로파일 때문에 본 발명에 따라 제조된 강 스트립 또는 박판 또는 이들로부터 제조된 박판 금속 블랭크는 특히 이러한 목적에 적합하다.
본 발명에 따라 제조되는 유형의 고강도를 갖는 우수한 연성 강(ductile steel)은 톱니(toothing) 또는 이에 상당하는 형상의 구성요소가 구비되는 부품들을 제조하는데 사용될 수 있다. 이런 부품들은 전형적으로 내부 또는 외부 톱니가 구비된 트랜스미션(transmission) 부품이다. 이들은 플로우 터닝에 의한 높은 치수 정밀도로 경제적으로 제조될 수 있다. 플로우 터닝에 의한 트랜스미션 부품의 제조 방법이 독일특허공보 제197 24 661호에 개시되어 있다. 상기의 공지된 방법에 따라, 적어도 500 N/mm2의 낮은 항복점을 갖는 미량 합금 고강도 구조용 강으로 된 금속 박판으로부터 블랭크가 성형된다. 그리고 나서, 블랭크는 플로우 터닝에 의해 냉간 압연되어 기어 전동 장치(gearing)로 성형된다. 톱니가 제조되는 동안, 금속 박판은 변형능의 한계 범위로 성형된다. 최종적으로, 온도를 유지하고 열에 의한 휨(thermal warping)이 발생하지 않으면서, 톱니를 구비한 가공품의 표면이 실질적으로 경화된다.
조성에 따라서는, 본 발명에 따라 제조된 강 스트립 또는 박판 내에 일부 마르텐사이트(percentages of martensite)를 갖는 오스테나이트 및 페라이트의 혼합 조직 또는 순수한 오스테나이트계 조직이 얻어진다. 따라서 본 발명에 따른 강은 실질적으로 변형이 잘 된다. 냉간 압연 동안에, 이렇게 얻어진 강 스트립 또는 박판은, 알고 있는 바와 같이 풀로우 터닝에 의한 부품 제조에 사용되는 고강도 미량합금 또는 복합상 강(multi-phase steel)보다 실질적으로 더 강하게 응고된다. 따라서, 냉간압연 후의 모든 경우에 있어서, 1,400 N/mm2 내지 2,200 N/mm2 범위의 강도를 갖는 부품이 얻어질 수 있다. 따라서 냉간 압연 후에, 제조된 부품에 대한 부가적인 경화가 생략될 수 있다.
본 발명에 따라 구성 및 제조된 강을 이용할 때, 플로우 터닝에 의한 부품의 열처리 또는 표면 경화는 더 이상 필요하지 않다. 종래 기술의 경우에서 부가적인 처리 단계에 의해 야기되는 휨 및 스케일 형성의 위험은 본 발명에 따른 제조에서는 존재하지 않는다. 이는 아주 중요하며, 특히 실 사용시에 국부적으로 심한 응력을 받는 톱니가 구비된 부품의 제조에서 중요하다. 따라서, 본 발명에 따르는 강은 냉간 압연 특히 플로우 터닝에 의해 경량의 높은 응력을 견딜 수 있고 치수 정밀도가 우수한 부품의 경제적 제조를 용이하게 한다.
그 결과, 본 발명에 따르는 방법은 저 비용을 투자를 요구하는, 냉간 성형에 의해 지수 정밀도가 우수한 부품 제조를 위한 기본 제품을 형성하는 경량, 높은 응력을 견딜 수 있는(high stressable) 스트립 및 박판의 경제적 제조를 용이하게 한다.
또한, 본 발명에 따르는 강 박판의 모든 경우들은 차체 부품, 특히 자동차 차체의 외부 패널 또는 차체용 하중 지탱 부품, 운송수단, 특히 자동차용 휠, 비자성 부품, 극저온 기술에서 사용되는 용기, 내부 고압 또는 외부 고압 형성 부품들, 캠축 또는 피스톤 로드와 같이 고강도 엔진 부품을 제조하기 위한 튜브, 폭격과 같이 펄스 형태의 스트라이킹 압력에 대하여 보호하기 위해 고안된 부품, 또는 방탄판과 같은 보호 요소, 인간 또는 동물의 몸을 위한 방탄복을 제조하는데 적합하다.
이와 같이, 최소 중량 및 우수한 성능 특성으로 특징지어지는 높은 응력을 견딜 수 있는 기어 부품들이, 이런 목적을 위하여 요구되는 추가적인 열처리 없이 본 발명에 따르는 강 박판으로부터 제조될 수 있다.
본 발명은 구체적인 실시예를 기초로 아래에 자세히 설명되어 있다.
표 1은 A, B, C, D, E 및 V1 강의 조성을 나타낸 것이고, 강 A - E는 본 발명에 따르는 방법으로 처리된 강에 속하며, 반면에 V1은 단지 비교 목적으로 나타 내져 있다.
강 C [질량%] Mn [질량%] Al [질량%] Si [질량%] B 질량%]
A 0.5 20 3 3 0.003
B 0.6 20 - - -
C 0.4 30 8 - -
D 0.05 20 3 3 -
E 0.05 20 3 3 0.003
V1 0.8 15 - - -
잔부는 철 및 강 제조 불순물들이다.
각각의 경우에 강은 용융된 상태이고, DSC 공정으로 프리-스트립으로 주조된다. 이 경우에, 용융 재료는 분배 스파웃(dispensing spout)에 의하여 회전하고 있으며 심하게 냉각되어 있는 컨베이어 벨트 위로 부어진다. 컨베이어 벨트 위에서 용융 재료는 용융물 위에서의 부가적인 수냉 조업에 의하여 심하게 냉각된다. 이러한 방식으로 컨베이어 벨트에서 응고되어 프리-스트립으로된 용융 재료는 컨베이어 벨트로부터 분리되어 바로 인접한 스테이지에서 2차 냉각된다.
그리고 나서, 여전히 충분하게 고온인 2차 냉각으로부터 꺼내진 강 스트립은, 열간 압연의 온도 900 ℃에서 강 스트립 내에 보유하고 있는 열을 이용하면서 바로 두께 2 mm로 열간 압연된다.
이런 방법으로 얻어진 열간 스트립은 500 ℃의 권취 온도에서 코일로 감겨 진다.
권취 후에, 열간 스트립은 대략 62.5%의 변형률로 냉간 압연되어 두께 0.75 mm의 냉간 스트립으로 된다.
그리고 나서, 냉간 스트립은 950 ℃의 온도에서 재결정되는 동안 어닐링 된다.
기계적 물성 : 강 A - E로부터 상기 방법으로 제조된 냉간 스트립 KA - KE 및 비교 강 V1으로부터 제조된 스트립 KV1의 항복점 Re, 인장 강도 Rm, 신장(extension) A80, 균일한 연신율 Ag, n-, r 및 △r이 표 2에 표시되어 있다.
냉간 스트립 Re [N/mm2] Rm [N/mm2] A80 [%] Ag [%] n r △r 물성
KA 492 864 59.3 58.0 0.301 0.90 -0.07 TWIP
KB 444 1050 64.3 60.1 0.445 0.96 -0.03 TWIP
KC 576 891 32.8 36.4 0.24 0.63 -0.15 약 TWIP
KD 384 708 63.4 63.0 0.329 0.96 -0.14 TWIP
KE 342 792 65.6 64.8 0.354 0.95 -0.17 TWIP
KV1 512 1107 46.3 42.6 0.441 0.86 0.22 TWIP
본 발명에 따른 방법으로 강 A - E로부터 제조된 강 스트립 A - E는 파단 시에 높은 연신율 및 고 강도를 갖는 동시에 뛰어난 냉간 연성(cold ductility)을 가짐을 보이고 있다. 동시에, 각 경우에 이들은 명백한 이방성 거동을 포함한다. 이들은 이들은 현장(in service)에서 높은 응력에 노출되는, 냉간 성형 부품들을 제조하는 데에 특히 적합하다. 표 2에 표시된 KC는 단지 약한 TWIP 효과 때문에 KC의 물성 프로파일은 KV1의 것보다 더 나쁘다. KV1에 대한 KC의 장점은 높은 Al 함량의 결과로써 높은 밀도 감소에 있다.
반면에, TRIP 특성을 갖는 비교 강 V1은 상당히 열후한 변형능을 나타내는 특성 수치 A80 및 AG가 낮으면서 고강도이다. 이와 같이 상당히 열후한 변형 거동은 강 A - E에 비해 상대적으로 상당히 열후한 R 및 △r 수치로부터도 명백하다.

Claims (19)

  1. 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법에 있어서,
    C: 0.003 - 1.50%,
    Mn: 18.00 - 30.00%,
    Ni: ≤ 10.00%,
    Si: ≤ 8.00%,
    Al: ≤ 10.00%,
    Cr: ≤ 10.00%,
    N: ≤ 0.60%,
    Cu: ≤ 3.00%,
    P: ≤ 0.40%,
    S: ≤ 0.15%,
    Se, Te, V, Ti, Nb, B, REM, Mo, W, Co, Ca 및 Mg의 그룹으로부터 선택적으로 하나 또는 그 이상의 원소들이 첨가되는 경우에,
    Se, Te의 총 함량이 ≤ 0.25%,
    V, Ti, Nb, B, REM의 총 함량이 ≤ 4.00%,
    Mo, W, Co의 총 함량이 ≤ 1.50%, 및
    Ca, Mg의 총 함량이 ≤ 0.50%,
    잔부는 철 및 용융 조건 불순물들이고,
    여기서, Sn, Sb, Zr, Ta 및 As가 총 함량 0.30% 또는 그 이하로 상기 불순물에 포함되는 조성(질량%)의 용융물이 컨베이어 벨트에 가해져서, 용융물이 프리-스트립으로 응고될 때까지 컨베이어 벨트 위에서 냉각되는 단계,
    - 상기 프리-스트립이 컨베이어 벨트로부터 분리되는 단계,
    - 분리된 프리-스트립이 필요하다면 열처리에 노출되는 단계;
    - 프리-스트립이 적어도 700 ℃의 열간 압연 온도에서 열간 압연되어 완전하게 재결정된 조직의 열간 스트립으로 되는 단계,
    및
    - 열간 스트립이 최대 750℃의 권취 온도에서 권취되는 단계가 중단 없이 연속적인 조업 단계들로 수행되는 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융물의 C 함량은 0.2 - 0.8 질량%인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  3. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융물의 Mn 함량이 적어도 20 질량%인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  4. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융물의 Se 및 Te의 총 함량이 적어도 0.01 질량%인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  5. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융물의 V, Ti, Nb 및 REM의 총 함량이 적어도 0.01 질량%인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  6. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융물의 B 함량이 적어도 0.001 질량%인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  7. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    Mo, W 및 Co의 총 함량이 적어도 0.01 질량%인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  8. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    Ca 및 Mg의 총 함량이 적어도 0.001 질량%인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  9. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리-스트립은, 필요한 경우에 수행되는 열처리 동안에 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  10. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    필요한 경우에 수행되는 열처리 동안에 상기 프리-스트립이 열간 압연 시작 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  11. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    얻어진 열간 스트립의 두께는 ≤ 3 mm, 특히 ≤ 2mm인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  12. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    권취 온도는 적어도 450 ℃인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  13. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    권취 후에 열간 스트립이 냉각 압연 되는 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    얻어진 상기 냉간 스트립의 두께는 ≤ 0.8 mm, 특히 ≤ 0.6mm인 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉간 스트립은 600 ℃ 내지 1,100 ℃의 어닐링 온도에서 어닐링 되는 것을 특징으로 하는 냉간 성형이 가능하고, TWIP 특성을 갖는 고강도 강 스트립 또는 박판 제조 방법.
  16. 부품 제조 방법에 있어서,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 이용하여 열간 스트립 또는 냉간 스트립이 제조되고, 상기 제조된 열간 스트립 또는 냉간 스트립으로부터 반제품(pre-product)이 제조되고, 상기 반제품이 최종적으로 부품으로 냉간 성형되는 것을 특징으로 하는 부품 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    블랭크의 냉간 성형은 플로우-터닝(flow-turning)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 부품 제조 방법.
  18. 취성/연성 전이 온도(Tue)가 ≤ -40 ℃인 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 방법에 의하여 제조된 TWIP 특성을 갖는 강 스트립 또는 박판.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 강 스트립 또는 박판의 평균 r-값(rm)이 1.0 +/- 0.15이고, 상기 강 스트립 또는 박판의 △r 값은 -0.20 내지 +0.20인 것을 특징으로 하는 TWIP 특성을 갖는 강 스트립 또는 박판.
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